DigitalSpirit / Blog

Point presse

Tout d'abord, un point people, l'information du développement de Bleuette à plutôt bien circulée et Bleuette s'est retrouvée sur plusieurs sites importants :

• Sur Hackaday : 3d printed hexapod robot
• Une introduction que j'ai écrite en anglais sur le blog officiel d'Ultimaker : Bleuette : A 3d printed hexapod robot made with Ultimaker !
• Sur le blog officiel Arduino : Bleuette, the hexapod robot

La vidéo sur Vimeo à été vue plus de 6000 fois.

Plutôt plaisant de voir que ça intéresse du monde mais j'attends avec grande impatience le moment ou un autre Bleuette pointera le bout de son nez en PLA... ;)

Évolutions

Nouvelle carte fille

La shield Bleuette permet le pilotage des servos et le contrôle de la tension / courant consommé par les servos, pour pouvoir ajouter des capteurs multiples, il est tout à fait possible d'utiliser les broches libres des ports de l'Arduino mais il n'y en a pas assez pour tous les capteurs voulus sur Bleuette, du coup, le besoin d'une nouvelle carte d'extension s'est fait sentir et voici ce qu'elle permet :

• 8 entrées supplémentaires multiplexées utilisant que 4 entrées / sorties (3 d'adressage et une sortie)
• Connection pour une carte GY-27 contenant un accéléromètre et un compas
• Un module Bluetooth JY-MCU
• Une connection pour une guirlande de led RGB à base de LPD8806
• Un mosfet pour pouvoir piloter un élément de puissance (je ne sais pas vraiment quoi pour le moment...)

Voici le schéma de principe et le PCB associé (cliquez dessus pour agrandir) :

Le schéma de principe au format est Eagle se trouve par ici : sensor.sch et le PCB : sensor.brd

Comme vous pouvez le voir, le PCB n'est pas dense du tout, du coup, il est simple à réaliser avec des moyens modestes.

Mécanique

Pas de grande nouveauté pour la partie mécanique sauf pour les pieds, ces derniers ont été imprimés en PLA Flex permettant d'avoir un peu de souplesse et trempé dans du PlastiDip afin d'avoir un meilleur grip en plus d'un super rendu !

Avant trempage dans le PlastiDip et après :

Tous les éléments d'un pied de Bleuette, on aperçoit l'interrupteur poussoir, le piston et le cylindre et le pied recouvert de PlastiDip :

Le tout assemblé :

Le fichier source au format OpenSCAD des pieds de Bleuette est disponible, comme tout le reste de Bleuette sur GitHub / Bleuette.

Le cerveau

J'ai subi beaucoup de soucis avec la carte Arduino, notamment des problèmes de programmation, m'obligeant à recommencer la phase 3-4 fois de suite des fois...
Tous ces ennuis m'ont conduit à radicalement changer ma manière de développer avec Arduino, notamment en utilisant Ino, un outils en ligne de commande pour compiler, programmer, etc, bref, un remplaçant du mal aimé environnement par défaut d'Arduino.

Les problèmes de liaison avec la carte Leonardo m'ont également conduit à une solution radicale, j'ai embarqué un Raspberry Pi dans Bleuette auquel est relié la carte Leonardo, ainsi, c'est le Raspberry Pi qui programme la carte Arduino, ça complique un peu mais au moins, je suis moins gêné...

À force d'utiliser ce système, ce qui devait arriver arriva et j'ai donc décidé de créer une carte fille pour le Raspberry Pi qui permettra de piloter Bleuette directement avec cette dernière.
Bien entendu, je ne laisse pas tomber pour autant le dèveloppement sur Arduino, disons que celui ci sera la version simplifiée.

Bleuette embarquant un Raspberry Pi :

D'ici peu, je publierai un article expliquant toutes les caractéristiques de la carte d'extension pour Raspberry Pi.

Bleuette marche

Pour commencer, voici une vidéo de Bleuette effectuant ses premiers mouvements :

Bleuette first step from hugo on Vimeo.

L'électronique

Le contrôle des servos de Bleuette (12 pour les pattes + 2 optionnels) se fait au travers d'une carte fille (shield) pour Arduino conçue pour ne pas être totalement dépendante de Bleuette, ainsi, vous pouvez parfaitement l'utiliser pour un tout autre projet.

Ses caractéristiques sont les suivantes :

• Gestion parfaitement synchrones (voir en dessous) de 14 servos
• Contrôle de la tension des servos
• Contrôle du courant consommé par les servos
• Port d'extension intégré (avec disponibilité de l'alimentation +5V et 4 entrées / sorties RA2 à RA5)

Parfaitement synchrone signifie que les impulsions à destination des servos commencent toutes au même moment avec un décalage très très faible, vous pouvez lire la documentation originale sur la carte.

Le pilotage des servos se fait en envoyant des trames de 17 octets contenant une entête, une commande et la position des servos + un checksum.

J'ai fait faire les PCB par Seeedstudio, qui fait de la très bonne qualité pour un prix très intéressant. La carte est simple à réaliser, la soudure du PIC18F452 nécessite tout de même un peu de doigté et un minium de matériel mais ça reste jouable avec du matériel amateur.

Voici une vue de la carte :

Si vous souhaitez faire vous même la carte, rendez-vous sur cette page pour avoir la dernière version des fichiers Eagle : Pcb de Bleuette

Pour ceux qui souhaiteraient se procurer une carte (version 1.0.2), frais de port inclu pour la France métropolitaine :

• La carte seul (sans composant) pour 6€, livraison en France
• Le PIC18F452 programmé : 10€
• Pour le kit complet, carte + composants soudé ou non, me contacter

Notez également que j'ai effectué des modifications récentes sur le schéma de principe et le PCB, elle est dorénavant en 1.2.1 (ajout d'un condensateur de découplage C9, des diodes zener D2 et D3 de protection sur les entrées analogiques, modification de l'interrupteur, ajout d'un pont SJ1 pour le reset).

Logiciel

La méca et l'électronique étant finies, j'ai pu attaquer le logiciel embarqué qui est de 2 sortes :

L'assembleur PIC

Rien de spécial à dire, il se trouve ici et comporte tout ce dont on a besoin pour piloter Bleuette et donc ne devrait plus vraiment évoluer...

Le code pour Arduino

Voici la structure :

• bleuette\\bleuette.ino : Le point de départ du code à ouvrir avec l'éditeur Arduino
• bleuette\\sequences.h : Ici sont stockées les séquences de mouvement des pattes (voir plus bas)

Et nous avons 4 librairies :

• Bleuette : C'est par ici que tout passe
• Sequencer : C'est lui qui gère les sequences définies dans le fichiers sequences
• ServoController : Pilote de la carte de contrôle de servos
• SerialCommand : Librairie externe très pratique pour la gestion de commande via la liaison série.

Déplacer Bleuette

Pour faire bouger les pattes de Bleuette, c'est assez simple, commençons par un exemple :

bleuette.servo.set(0, 128);

Cela aura pour effet de positionner le servo 0 à sa position intermédiaire 128.

Si maintenant, on souhaite faire faire des pompes à Bleuette, on ne va pas répéter 24 fois la commande précédente pour positionner chaque patte, sinon, on ne va jamais s'en sortir ! Utilisons plutôt, une séquence :

Tout d'abord, déclarons une structure de type motion_t nommée motion_pushup :

// Push up
motion_t motion_pushup[] = {
    {
        DELAY_MIN, // Durée du déplacement courant
        {
            __, __, __, __, __, __, // Position des pattes horizontales
            UP, UP, UP, UP, UP, UP // Position des pattes verticales
        },
        NULL // Une callback qui sera appelée à chaque fin d'exéction de la position
    },
    {
        DELAY_MIN,
        {
            __, __, __, __, __, __,
            DOWN, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
        },
        NULL
    }
};

Puis créons la séquence en elle même :

sequence_t seq_pushup = {
    "Push up",  // Le nom de la séquence
    2, // Le nombre de mouvement dans la séquence
    motion_pushup // La structure de déplacement que nous avons créé plus haut
};

Maintenant, nous n'avons plus qu'à appelé la séquence ainsi :

// Pour la jouer en avant
bleuette.sequencer.forward(sequences[seq]);

// Pour la jouer à l'envers
bleuette.sequencer.backward(sequences[seq]);

Voilà pour cette introduction rapide, je vous invite à regarder le code, il est vraiment simple...

Évolution en cours

La prochaine évolution de Bleuette lui donnera de vrais pieds qui lui permettront de moins glisser mais surtout, lui donnera le toucher au travers d'un petit interrupteur, ainsi, en posant une patte, il pourra s'assurer que le sol est bien en dessous...

Voici une vue de ses bouts de pattes :

La partie inférieure (la demi sphere et le cylindre extérieur) est mobile et glisse dans le cylindre plus petit dans lequel se trouve un interrupteur poussoir, c'est ce dernier qui fait office de rappel mécanique.

La partie en contact avec le sol (la demi-sphere sur l'image) sera en PLA Flex afin d'obtenir un maximum d'adhérence.

Ses 6 pattes devraient en être équipées, pour cela, un circuit intégré (4512) branché sur le port OPTION permettra de sélectionner la patte à lire via une adresse sur 3 bits, on occupera ainsi seulement 3 bits de sorties pour l'adressage + 1 bit de sortie pour connaitre l'état (patte posée ou non).

Évolutions futures

Bleuette devrait être équipé d'une liaison Bluetooth, d'un capteur magnétique afin de garder un cap lorsqu'il marche et enfin, d'une tourelle mobile avec un capteur ultrason pour détecter les obstacles devant lui et tout cela intégré dans une seconde carte fille.
Bleuette se sentant un peu à l'étroit avec Arduino, il n'est pas totalement exclu que je porte le code pour tourner sur un Raspberry Pi...

Et bien entendu, Bleuette attend impatiemment des frères et soeurs : toute contribution est la bienvenue !

Pour ceux qui aurait raté les épisodes précédents, Bleuette est un robot hexapode (3 paires de pattes) entièrement libre (logiciel, plan, etc...) réalisable avec une imprimante 3D ou dans une moindre mesure et de la patience en découpant les pièces dans du Plexiglas.

Concernant la carte fille, je viens d'arriver au bout de son routage et je vais lancer sa fabrication d'ici peu, les caractéristiques de cette carte sont les suivantes :

• Génération de la tension de fonctionnement pour l'Arduino
• Pilotage des 12 servos de pattes + 2 supplémentaires
• Contrôle de la tension de la batterie
• Surveillance du courant consommé par les servos

Voici le schéma de principe (cliquez pour agrandir) :

Et le PCB (cliquez pour agrandir) :

Tous les documents nécessaires à sa fabrication sont sur GitHub par ici https://github.com/hugokernel/Bleuette.

Concernant la mécanique, c'est presque prêt, encore quelques pièces à imprimer et je pourrai passer à l'assemblage final !

Voici un billet pour vous tenir informé des évolutions de Bleuette.

Les supports de pattes

Liste des modifications :

1. Simplification du design des support de pattes, ils sont maintenant symétriques permettant d'avoir les même supports à gauche ou à droite du robot, cela à impliqué de devoir faire une seconde fente pour laisser passer le bras permettant de bouger la patte via un servo et de faire en sorte de pouvoir changer le guignol qui permet à la patte de tourner.
2. L'avantage est que cela permettra aussi de changer le guignol si il casse ou encore de pouvoir faire des essais de longueur beaucoup plus facilement.
3. Pour finir, les supports de servos ont été légèrement modifiés.

Vue de l'ancienne et de la nouvelle version :

Comparaison vue du dessous :

Vue d'un guignol, on aperçoit à droite la queue d'aronde qui permet de le glisser sous le support de servo afin de le bloquer :

Le support de pattes monté avec le support de servo et le guignol :

Le corps

J'ai commencé à imprimer le corps un peu rapidement, comme expliqué dans un précédent article, le corps est trop grand pour la surface d'impression de l'imprimante 3D, il faut alors le découper en plusieurs parties et les réassembler, pour cela, j'ai réalisé une librairie de découpe en queue d'aronde afin d'avoir une liaison la plus robuste possible, un paramètre important pour générer ce genre de découpe est l'espace entre les 2 pièces à assembler (0.1mm par défaut).

Pour la découpe de Bleuette, je suis parti avec une valeur plus ou moins pifométrique, c'est après une dizaine d'heures d'impression que je me suis aperçu que l'écart était vraiment trop faible et qu'il était impossible de lier les éléments entre eux sans les endommager...

Ça m'apprendra à vouloir aller trop vite, du coup, quelques petites impressions de test plus tard et il se trouve que la bonne valeur (pas trop petite mais pas trop grande) est de 0.2mm, et là, la liaison est excellente :

Les pattes

À l'origine, les entretoises entre chaque pattes venait simplement s'emboiter en rentrant en force dans les pattes, maintenant, elles viennent s'enclencher dans les pattes, une fois mise, elles sont piégées et ne peuvent plus sortir de leur logement, c'est ainsi plus robuste mais ça reste réversible s'il faut changer une patte...

L'ancienne entretoise et la nouvelle :

Et voici une vue de l'entretoise emboitée :

Pour effectuer la liaison entre les 2 pièces, on enfonce l'entretoise dans la patte, on effectue une rotation à 90º et ça y est, c'est bloqué, voir animation ci-dessous :

Les palonniers ou bras de servo

12 servos embarqués juste pour la mobilité des pattes, ça fait 12 palonniers, et ces derniers coutent chèrs comparés à la quantité de plastique qu'ils sont : l'idée est donc de les imprimer, pas moyen de trouver une librairie OpenSCAD pour cela, chose en partie compréhensible car la tête des servos sur laquelle vient se greffer le palonnier est très fine et requiert une précision d'impression assez poussée, cependant, nul besoin d'obtenir une empreinte parfaite, avec un peu de marge, les imperfections de l'impression devraient suffir à faire en sorte que le palonnier reste en place...

Et ça marche parfaitement bien avec ma librairie OpenSCAD qui vous permet de créer des palonniers de toutes les tailles avec le nombre désiré de bras.

Les palonniers réalisés en ABS attendent leur montage :

L'électronique

Pour le moment, je ne sais pas encore si toute l'électronique sera sur une ou deux cartes, la facilité / reproductibilité m'oriente vers le premier choix (avec une carte fille compatible Arduino), la raison technique m'oriente vers 2 cartes distinctes, bien séparées, à réfléchir donc...

Voici le rôle que doit avoir l'électronique sur Bleuette en plus de l'Arduino :

• Marche / Arrêt général
• Génération des tensions 5V pour l'Arduino, 6V pour les servos
• Mesure du courant consommé
• Contrôle de la charge de la batterie (surêment en technologie LiPo)
• Sécurité en tout genre
• Pilotage de 14 servos (les 12 des pattes + 2 pour une tourelles mobiles par exemple)

L'électronique sera basée principalement sur une carte de gestion de 24 servos réalisée il y a maintenant quelques années.

La suite

La conception des pièces étant pour ainsi dire finie, il faut maintenant lancer la production des pièces restantes, autant dire que l'Ultimaker va avoir du boulot, en parallèle, je vais m'attaquer à la partie électronique.

Tout le développement se fait via GitHub à cette adresse : http://github.com/hugokernel/Bleuette/

Pour finir, voici un tiers de Bleuette :

Voici un billet pour vous tenir informé des évolutions de Bleuette.

Les supports de pattes

Liste des modifications :

1. Simplification du design des support de pattes, ils sont maintenant symétriques permettant d'avoir les même supports à gauche ou à droite du robot, cela à impliqué de devoir faire une seconde fente pour laisser passer le bras permettant de bouger la patte via un servo et de faire en sorte de pouvoir changer le guignol qui permet à la patte de tourner.
2. L'avantage est que cela permettra aussi de changer le guignol si il casse ou encore de pouvoir faire des essais de longueur beaucoup plus facilement.
3. Pour finir, les supports de servos ont été légèrement modifiés.

Vue de l'ancienne et de la nouvelle version :

Comparaison vue du dessous :

Vue d'un guignol, on aperçoit à droite la queue d'aronde qui permet de le glisser sous le support de servo afin de le bloquer :

Le support de pattes monté avec le support de servo et le guignol :

Le corps

J'ai commencé à imprimer le corps un peu rapidement, comme expliqué dans un précédent article, le corps est trop grand pour la surface d'impression de l'imprimante 3D, il faut alors le découper en plusieurs parties et les réassembler, pour cela, j'ai réalisé une librairie de découpe en queue d'aronde afin d'avoir une liaison la plus robuste possible, un paramètre important pour générer ce genre de découpe est l'espace entre les 2 pièces à assembler (0.1mm par défaut).

Pour la découpe de Bleuette, je suis parti avec une valeur plus ou moins pifométrique, c'est après une dizaine d'heures d'impression que je me suis aperçu que l'écart était vraiment trop faible et qu'il était impossible de lier les éléments entre eux sans les endommager...

Ça m'apprendra à vouloir aller trop vite, du coup, quelques petites impressions de test plus tard et il se trouve que la bonne valeur (pas trop petite mais pas trop grande) est de 0.2mm, et là, la liaison est excellente :

Les pattes

À l'origine, les entretoises entre chaque pattes venait simplement s'emboiter en rentrant en force dans les pattes, maintenant, elles viennent s'enclencher dans les pattes, une fois mise, elles sont piégées et ne peuvent plus sortir de leur logement, c'est ainsi plus robuste mais ça reste réversible s'il faut changer une patte...

L'ancienne entretoise et la nouvelle :

Et voici une vue de l'entretoise emboitée :

Pour effectuer la liaison entre les 2 pièces, on enfonce l'entretoise dans la patte, on effectue une rotation à 90º et ça y est, c'est bloqué, voir animation ci-dessous :

Les palonniers ou bras de servo

12 servos embarqués juste pour la mobilité des pattes, ça fait 12 palonniers, et ces derniers coutent chèrs comparés à la quantité de plastique qu'ils sont : l'idée est donc de les imprimer, pas moyen de trouver une librairie OpenSCAD pour cela, chose en partie compréhensible car la tête des servos sur laquelle vient se greffer le palonnier est très fine et requiert une précision d'impression assez poussée, cependant, nul besoin d'obtenir une empreinte parfaite, avec un peu de marge, les imperfections de l'impression devraient suffir à faire en sorte que le palonnier reste en place...

Et ça marche parfaitement bien avec ma librairie OpenSCAD qui vous permet de créer des palonniers de toutes les tailles avec le nombre désiré de bras.

Les palonniers réalisés en ABS attendent leur montage :

L'électronique

Pour le moment, je ne sais pas encore si toute l'électronique sera sur une ou deux cartes, la facilité / reproductibilité m'oriente vers le premier choix (avec une carte fille compatible Arduino), la raison technique m'oriente vers 2 cartes distinctes, bien séparées, à réfléchir donc...

Voici le rôle que doit avoir l'électronique sur Bleuette en plus de l'Arduino :

• Marche / Arrêt général
• Génération des tensions 5V pour l'Arduino, 6V pour les servos
• Mesure du courant consommé
• Contrôle de la charge de la batterie (surêment en technologie LiPo)
• Sécurité en tout genre
• Pilotage de 14 servos (les 12 des pattes + 2 pour une tourelles mobiles par exemple)

L'électronique sera basée principalement sur une carte de gestion de 24 servos réalisée il y a maintenant quelques années.

La suite

La conception des pièces étant pour ainsi dire finie, il faut maintenant lancer la production des pièces restantes, autant dire que l'Ultimaker va avoir du boulot, en parallèle, je vais m'attaquer à la partie électronique.

Tout le développement se fait via GitHub à cette adresse : http://github.com/hugokernel/Bleuette/

Pour finir, voici un tiers de Bleuette :

...et cette fois ci, il n'est pas content !

Ce projet à pour but de fabriquer une bestiole à 6 pattes et de la faire marcher sans l'aide de quiconque. Pour certain d'entres vous, le nom “Bleuette” vous est peut être familier, en fait, c'est une féminisation de Bleuet, le robot de la série FX, Effet spéciaux, nous n'avons aucun rapport avec cette série mais on s'est dit que le pauvre Bleuet devait se sentir seul et qu'il faudrait lui fabriquer un congénère et puis tant qu'à faire femelle… :) extrait de la page du wiki sur Bleuette

Le projet s'est arrêté il y a quelques années faute d'avoir trouvé une solution robuste pour le pivot de chaque patte, sur notre prototype, il était réalisé en bois mais nous voulions une autre matière plus robuste. Le projet est bien sûr OpenSource / OpenHardware.

Plus d'informations sur la première version :

• Information sur Bleuette
• Sa construction
• Ses premiers pas

Le logiciel

De grosses modifications vont être faite sur la partie logiciel par rapport au plan initial, sur la première version de Bleuette, c'est une carte à base de PIC qui devait être développé from scratch et exécuter le noyau temps réel PICOS18 mais afin de simplifier la prise en main, une carte Arduino sera le cerveau de l'engin et une carte fille développée par mes soins en 2006 pour Bleuette sera utilisée pour piloter les 12 servos de manière parfaitement synchrone.

La nouvelle structure

Dans ses premières versions, Bleuette était réalisé en Plexiglas, découpé à la scie sauteuse et à la scie à chantourner, un vrai boulot, long et pénible avant de nous rendre compte des limites de cette matière : elle est cassante et se raye facilement.

Puis, nous avons pu faire découper gracieusement toutes les pièces (patte et corp) en Lexan par http://jegrave.fr/, merci Jean-Louis pour le boulot, cette matière est beaucoup plus solide, ne se casse pas et résiste incroyablement bien à la torsion mais nous n'avions toujours pas de réelle solution pour les supports de pattes autre que le bois...

Et depuis, plus rien, quelques années se sont écoulées et, depuis, l'impression 3D s'est considérablement développée, au point d'être devenue attractive pour les particuliers et intéressante pour un projet comme Bleuette, l'achat d'une l'Ultimaker à été guidé par l'arrière pensée de pouvoir enfin finir ce projet et là, plus aucun souci concernant le pivot : il sera comme toute le reste : en PLA.

Tous les plans de Bleuette ont été refait à l'aide de OpenSCAD, un dépôt GitHub à été créé à l'occasion pour partager tous les documents inérant à la fabrication du robot.

Le corps de Bleuette modélisé avec OpenSCAD

Son corps étant trop grand pour être imprimé en une seule fois sur la surface de mon imprimante 3D, j'ai développé une librairie OpenSCAD qui permet de découper des pièces avec un motif en queue d'arronde (dovetail), ainsi, le corps sera réalisé en 3 tronçons qui seront emboités les uns aux autres et enfin définitivement bloqués à l'aide de tiges filetées.

La suite

Pour le moment, la dernière section (partie haute et basse) est imprimé, ça à pris environ 13h d'impression, j'imprime à 50mm/s pour avoir la meilleure qualité possible, 1 patte est fonctionnelle pour le moment, le design n'est pas figé encore, j'y apporte quelques corrections...

Avancement du moment avec le test de la cinématique du mouvement de la patte :

Todo liste mécanique :

• Correction des entretoises des pattes
• Ajout d'un support pour une tête
• Bout des pattes avec capteurs d'appuis

Restez connecté à Bleuette !

Il est possible de suivre l'avancée de Bleuette via différent moyen :

• Le dépôt de source sur Github
• Mon compte twitter
• Ici même...

Aujourd'hui, je suis explosé, je dors debout mais c'est pour une bonne raison, en effet, hier soir, nous avons fait marcher Bleuette pour la première fois.
Beaucoup de travail aussi bien mécanique, électronique et logiciel sont encore à faire pour le rendre plus stable mais c'est encourageant !

Voici une première vidéo :

D'autres vidéos :

• Vu du dessus ( Originale )
• Des pompes pour se muscler les pattes ( Originale )

En savoir plus sur Bleuette :

• Le projet Bleuette
• La construction
• Les premiers pas