Robot humanoïde

Présentation

Projet en partenariat avec l'ENSSAT visant la construction d'une plateforme robotique humanoid communautaire à Lannion.

Etat de l'art des robots humanoïds

Poppy

Poppy est un robot humanoïde totalement open source (hardware y compris) et peu entièrement être construit sur une imprimante 3D. Son buste mobile le rend assez souple pour la marche. Ce robot n’est pas autonome, un ordinateur sert de microcontrôleur (via usb) et l’alimentation est externe sur le modèle de base. Les deux caméras PS eye permettent à poppy de reconnaître son environnement et interagir avec lui. De nombreuses variantes de ce robot on déjà été créé sur le site https://forum.poppy-project.org.

Dimensions H:84 W:25 T:10 (cm) poids : 3.5 kg Prix : 7500€ voir détail pour la partie électronique et petite mécanique : https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Avq9MlqcWxlNdGpjY1RwbDMtSDJJSlVpM1VhRkVLVUE&usp=sharing#gid=1

Son prix est en grande partie due à ses servomoteurs de haute précision nécessaire à l’équilibre d’un humanoïde. 21x Robotis Dynamixels MX-28 (190€ l’unité) 2x Robotis Dynamixels MX-64 (280€ l’unité)

temps de construction : 2 à 3 jours

Idées d’amélioration : Le principal problème de Poppy est son lien obligatoire avec un ordinateur (il n’y a pas de microcontrôleur). L’ajout d’un microcontrôleur (une Raspberry Pi par exemple) et d’une batterie pourrai le rendre autonome. Cette modification risque de réduire la mobilité du robot avec certaines modifications mécaniques au niveau du buste ou de la tête. L’ajout de pinces sur les mains pourrait rendre le robot capable de manipuler des objets.

Inmoov

Ce robot semi-humanoïde (homme-tronc) open source (y compris hardware) est constructible à l’aide d’une imprimante 3D. Malgré son manque de mobilité ce robot a l’avantage d’être très habile grâce à ses mains composées de 5 doigts. L’ensemble des servomoteurs dans le coup et les bras permet à Inmoov de regarder et de suivre un objet du doigt. Pour rendre le système moins fragile et plus puissant, les doigts sont articulés par des moteurs situés dans les avant-bras du robot. l’ensemble du robot est piloté par deux arduino Mega et possède un système de caméra et micro pour pouvoir communiquer. l’équilibre n’étant pas un problème pour ce robot le coût à donc pu être réduit (de 700 à 1000€) en mettent des servomoteur moins performants.

http://www.inmoov.fr/project/

DARwIn-OP

DARwIn-OP est un petit robot (45 cm) humanoïde open source (y compris hardware). Il dispose d’un équipement quasiment aussi complet que le Nao avec son ensemble de camera, microphone, haut parleur pour la communication et différents capteurs pour s’orienter dans son environnement (capteur de sol au pied, gyroscope et accéléromètre). Ce robot en alluminium est autonome grâce à son microcontrôleur ARM Cortex M3 et d’un PC intégré. Coté software, beaucoup d’informations sont disponibles sur le site ros.org. Son prix avoisine lui aussi les 8500€ en grande parti à cause des servomoteurs mx 28.

http://www.romela.org/main/DARwIn_OP:_Open_Platform_Humanoid_Robot_for_Research_and_Education

NimbRo-OP

Erreur lors de la création de la vignette : Fichier avec des dimensions supérieures à 12,5 Mp

NimbRo-OP est un robot humanoïde de quasiment 1 mètre open source (y compris hardware). Ce robot conçu initialement pour jouer au football dispose de jambes puissantes (6 servomoteurs MX-106 par jambes). Ce robot dispose comme la plupart des humanoïde d’un accéléromètre, gyroscope et caméra pour se repérer et d’un processeur dual core avec une carte wifi et une batterie pour son autonomie. Le prix de ce robot en alluminium coûte environ 20 000 € à cause de ses servomoteurs puissants.

http://www.nimbro.net/OP/

Nao

taille : 58 cm poids : 4,8 kg système d’exploitation compatible : Linux, Mac OS, Windows Processeur : Intel ATOM 1,6 GHz (V4) ou AMD Geode 550Mhz (V3.3 ...)

Le Nao est un robot humanoïde autonome open source (seulement pour la partie software) connu de tous. Son design et son équipement très évolué (zones tactiles sur les mains et la tête et bumpers aux pieds) le rend très intéressant mais aussi très peu modulable car sa partie hardware est sous licence.

http://www.aldebaran.com/fr

bioloid/Hovis

Le bioloid est un robot autonome qui peut avoir différentes formes (humanoïde, chien-robot, araignée-robot, …). Ce robot possède l’équipement minimum nécessaire à le rendre autonome avec pour motorisation seulement des servomoteurs ax 12a. La détection de l’environnement est réduite au stricte minimum avec un capteur gyroscopique 2 axes et 3 détecteurs infrarouges. Ce robot est piloté par un microcontrôleur CM 530 (ARM cortex). Ce petit robot (<35 cm) coute environ 1000 € grâce à son équipement rudimentaire.

http://bioloid-france.bbfr.net/

Hovis est un robot assez similaire à bioloid http://www.dongburobot.com/jsp/cms/view.jsp?code=100795

Hardware

Types de moteurs

Thèse proposant une méthode pour faire marcher un robot humanoïde avec des moteurs ayant un faible couple http://download.springer.com/static/pdf/620/chp%253A10.1007%252F3-540-45603-1_7.pdf?auth66=1411800907_0c36e0a2082c87abf738d512e442c63f&ext=.pdf

il faut compter une vingtaines de moteurs pour créer un humanoïde.

La gamme ax semble présenter un meilleur rapport qualité/prix que la gamme mx. attention la gamme ax ne possède pas de pid intégré.

servomoteur ax-12a : couple : 1.5N.m prix : 35,40 € File:AX-12 User Guide.pdf

moteur le plus puissant de la serie ax :

servomoteur ax-18a : prix : 78,40 € couple : 1.8N.m File:AX18 User Guide.pdf

gamme mx : plus puissant et 3 à 4 fois plus précis et d'autres avantages (mineur?) à utiliser en dernier recours à cause du prix.

servomoteur MX-28t : couple : 2.3N.m prix : 192,00 € File:MX28 User Guide.pdf

Types de cartes

Les cartes Beaglebone black et cubieBoard ont l'avantage d'avoir de nombreuse broches d'entrée/sortie et capacité de calcul supérieur aux PIC ou Arduino.

Beaglebone black

Processeur: AM335x 1GHz ARM® Cortex-A8

• 512MB DDR3 RAM
• 4GB 8-bit eMMC on-board flash storage
• 3D graphics accelerator
• NEON floating-point accelerator
• 2x PRU 32-bit microcontrollers

Connectivité

• USB client for power & communications
• USB host
• Ethernet
• HDMI
• 2x 46 pin headers

Compatibilité système d'exploitation

• Debian
• Android
• Ubuntu
• Cloud9 IDE on Node.js w/ BoneScript library
• plus much more

cubieBoard

AllWinner A10 (ARM cortex-A8)

• mémoire : 512 Mo ou 1 Go DDR3@480 MHz
• stockage : 4 Go NAND flash intégrée, lecteur Carte SDHC, SATA II, stockage USB externe
• carte graphique ARM Mali 400

Connectivité

• 2 USB Host
• SATA II
• HDMI
• audio jack in/out
• SPDIF-OUT
• GPIO 96 broches
• ethernet RJ45
• I2C,
• 1 port IR

Compatibilité système d'exploitation

• Android
• GNU/Linux (Cubian, Debian, Ubuntu ...)

Raspberry Pi

Broadcom BCM2835 - ARM1176JZF-S 700 MHz mémoire :

• 256 MByte (modèle A)
• 256 MByte (modèle B rev 1)
• 512 MByte (modèle B rev 2)
• stockage : carte SD
• carte graphique ARM Mali 400

Connectivité

• USB
• Ethernet (modèle B) (RJ45)
• HDMI
• RCA
• Jack 3,5 mm

Compatibilité système d'exploitation

• Linux (Debian, Fedora et ArchLinux)
• RISC OS

Arduino mega

ATmega2560 16 MHz mémoire

• Flash Memory 256 KB
• Flash Memory for Bootloader 8 KB
• SRAM 8 KB
• EEPROM 4 KB

Connectivité

• Digital I/O Pins 54
• PWM Digital I/O Pins 14
• Analog Input Pins 16

Arduino Yun

microcontroleur

• ATmega32u4 16 MHz
• Flash Memory 32 KB (of which 4 KB used by bootloader)
• SRAM 2.5 KB
• EEPROM 1 KB

connectivité

• Digital I/O Pins 20
• PWM Channels 7
• Analog Input Channels 12

Linux microprocessor

• Processor Atheros AR9331
• Architecture MIPS @400MHz
• Card Reader Micro-SD only
• RAM 64 MB DDR2
• Flash Memory 16 MB

connectivité

• Ethernet IEEE 802.3 10/100Mbit/s
• WiFi IEEE 802.11b/g/n
• USB Type-A 2.0 Host

Galileo Gen 2

processeur 32 bits Quark X1000 400 MHz

• RAM 256 Mo DRR3
• SRam 512 Ko
• flash 8 Mo
• Eeprom 8 kbit

connectivité

• port serie
• lan
• USB x3

/ carte mère ITX / PIC (conso)

Types de batteries

Les batteries de type LiPo on été choisies pour leur rapport poids/puissance.

Batterie LiPo

Batterie LiPo 11.1V LBS-10 : CM 510, CM 530, CM 700, bioloid Batterie LiPo 11.1V LBS-11 : darwin-op

• Poids : 83g
• Dimensions : 70 x 35 x 15 mm
• Alimentation : 11.1 V
• Courant de fonctionnement : 1000 mAh
• 31,90 €

http://www.francerobotique.com/alimentations-batteries/36-lipo-batterie-111v-lbs-10.html

Batterie LiPo 11.1V 1800mAh LB-12

• Poids : 106g
• Dimensions : 88 x 35 x 26mm
• Tension d'alimentation : 11.1V
• Alimentation : 1800mAh
• non compatible bioloid ( taille de connecteurs)
• 40,68 €

http://www.francerobotique.com/alimentations-batteries/301-batterie-lipo-111v-1800mah-lb-12.html

Batterie LiPo 7.4V 3000mAh

• gamme Hovis
• 60€

http://www.francerobotique.com/alimentations-batteries/230-batterie-lipo-74v-3000mah.html

Types de liaisons radio?

XBee

fréquence porteuse : 2.4Ghz portées variées : assez faible pour les XBee 1 et 2 (10 - 100m), grande pour le XBee Pro (1000m) faible débit : 250kbps faible consommation : 3.3V @ 50mA entrées/sorties : 6 10-bit ADC input pins, 8 digital IO pins sécurité : communication fiable avec une clé de chiffrement de 128-bits faible coût : ~ 25€

Le Wifi semble plus adapter pour communiquer avec un robot humanoïde car ce type de communication présente un bon débit pour une portée moyenne dans un rayon d'environ 10 mètres : 54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels utile pour la vidéo (reconnaissance faciale, ...) car la carte embarquée risque de ne pas être assez puissante pour ce type de calcul

Bluetooth faible débit : 3 Mbit/s

Types de capteurs

Vision

kinect / PS eye

Mouvement

accéléromètre (40€)/gyroscope (15€)/

FabLabs français réalisant un Robot Humanoïd

Inmoov (via http://www.inmoov.fr/builders-near-you/)

• https://www.labx.fr/ : HackLab in Bordeaux
• http://funlab.fr/ : Fabrique d'Usages Numériques à Tours
• https://fr-fr.facebook.com/FablabDeBesancon : Fablab de Besançon

Avec Bioloid

• http://fablab.ensimag.fr/index.php/Robot_humano%C3%AFde : Fablab/ENSIMAG

Autre

• http://www.lacantine-toulon.org/News/OPEN-Lab-2-decouverte-du-Fablab-et-partage-de-projets : La cantine de Toulon

Scenarii d'utilisation

• Visite d'exposition