{"id":6046,"date":"2024-06-06T09:29:41","date_gmt":"2024-06-06T08:29:41","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.univ-angers.fr\/istiaprojetsei2\/?p=6046"},"modified":"2024-06-06T09:36:17","modified_gmt":"2024-06-06T08:36:17","slug":"kart-autonome","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.univ-angers.fr\/polytech_2A\/2024\/06\/06\/kart-autonome\/","title":{"rendered":"Kart autonome"},"content":{"rendered":"\n
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Bonjour \u00e0 toutes et \u00e0 tous et bienvenue ! <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

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Nous sommes quatre \u00e9tudiants de PEIP2 \u00e0 Polytech Angers et nous avons d\u00e9cid\u00e9, dans le cadre de notre formation de r\u00e9aliser un kart autonome. Passionn\u00e9s de m\u00e9canique et de programmation, vous \u00eates au bon endroit!<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Introduction:<\/h2>\n\n\n
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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Avant de vous parler de ce que nous avons fait, il est important de vous expliquer ce qui a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 par nos pr\u00e9d\u00e9cesseurs. En effet, nous avons repris le projet des \u00e9l\u00e8ves de l’ann\u00e9e pass\u00e9e. Ces derniers avaient r\u00e9alis\u00e9 un travail monumental en fabriquant \u00e0 l’aide de pi\u00e8ces de r\u00e9cup\u00e9ration un ch\u00e2ssis et une direction. C’est donc avec cette solide base que nous avons commenc\u00e9 notre projet. Cependant au vu de la complexit\u00e9 de notre t\u00e2che, nous nous sommes divis\u00e9s cette derni\u00e8re en plusieurs sous-parties : le frein, la direction, l’automatisation, la motorisation, et enfin, la carrosserie.<\/p>\n\n\n\n

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Le frein:<\/h2>\n\n\n\n

Le frein, \u00e9l\u00e9ment indispensable sur tous les v\u00e9hicules, est l’une des premi\u00e8res choses sur laquelle nous nous sommes attel\u00e9s. De fait, l’ann\u00e9e pass\u00e9e, les \u00e9tudiants avaient d\u00fb, par manque de temps, se contenter d’un frein \u00e0 main seulement sur la roue arri\u00e8re droite. Ainsi nous avons d\u00e9cid\u00e9 de r\u00e9aliser un tout nouveau syst\u00e8me de freinage, cette fois-ci \u00e0 la p\u00e9dale.<\/p>\n\n\n\n

Etape 1: Assemblage des roues arri\u00e8res<\/h2>\n\n\n\n

A l’origine, la raison pour laquelle le v\u00e9hicule ne freinait que de la roue arri\u00e8re droite provenait du fait que les deux roues n’\u00e9taient pas reli\u00e9es. Cependant, on ne pouvait pas simplement effectuer l’assemblage \u00e0 l’aide d’une tige en m\u00e9tal que l’on soudrait. En effet, cela aurait emp\u00each\u00e9 nos suspensions de r\u00e9aliser leur fonction, ou cette tige se serait cass\u00e9e en cas d’efforts trop importants. Ainsi nous avons envisag\u00e9 une solution technique n\u00e9cessitant deux cardans, un arbre cannel\u00e9 et une douille lisse nervur\u00e9e (respectivement ci-dessous).<\/p>\n\n\n\n

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Les deux cardans nous permettent de g\u00e9rer la diff\u00e9rence de hauteur entre les roues. L’arbre et la douille permettent quant \u00e0 eux de transmettre la rotation tout en g\u00e9rant la variation de l’\u00e9cart entre les roues. Effectivement, \u00e9tant donn\u00e9 que nous avons un triangle de suspension \u00e0 l’arri\u00e8re, plus il y a du poids dans le v\u00e9hicule, plus les roues s’\u00e9cartent. <\/p>\n\n\n\n

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Etape 2: Mise en place du syst\u00e8me<\/h2>\n\n\n\n

Une fois ce probl\u00e8me de roues r\u00e9gl\u00e9, nous avons r\u00e9fl\u00e9chi \u00e0 un syst\u00e8me de freinage \u00e0 la p\u00e9dale. Pour r\u00e9aliser celui-ci, nous nous sommes servis d’un c\u00e2ble de frein de v\u00e9lo, de plaques m\u00e9talliques, d’une p\u00e9dale et d’un frein \u00e0 disque provenant d’un motoculteur. De cette mani\u00e8re, nous avons attach\u00e9 le c\u00e2ble au frein puis nous l’avons tendu et cach\u00e9 \u00e0 l’aide d’une plaque m\u00e9tallique. Enfin, nous l’avons attach\u00e9 \u00e0 la p\u00e9dale. Cette derni\u00e8re est fix\u00e9e sur une tige m\u00e9tallique traversant perpendiculairement le kart dans la largeur. Gr\u00e2ce \u00e0 la tension importante du c\u00e2ble, la p\u00e9dale se rel\u00e8ve d’elle-m\u00eame. Cependant la course de celle-ci est faible.<\/p>\n\n\n\n

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Direction :<\/h2>\n\n\n\n

En parall\u00e8le, nous nous sommes attaqu\u00e9s \u00e0 l’automatisation de la direction. Nos pr\u00e9d\u00e9cesseurs avaient pour projet de g\u00e9rer la direction avec un capteur reli\u00e9 \u00e0 une carte Arduino pour contr\u00f4ler un moteur \u00e9lectrique.<\/p>\n\n\n\n

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Moteur N\u00e9ma 23<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Carte Arduino Uno<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Capteur YDLIDAR<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Nous pensions que cela aurait \u00e9t\u00e9 assez rapide. Finalement, apr\u00e8s avoir raccord\u00e9 le moteur au volant de notre Kart, nous nous sommes rendus compte que le couple du moteur \u00e9lectrique \u00e9tait trop faible. Ainsi, nous avons d\u00e9cid\u00e9 de concevoir un r\u00e9ducteur pour r\u00e9duire la vitesse et augmenter le couple. Ne disposant que d’imprimantes 3D et d’une d\u00e9coupeuse laser, nous avons d\u00fb concevoir ce r\u00e9ducteur en plastique, en bois et en plexiglass. Apr\u00e8s un long travail de CAO, nous nous sommes attel\u00e9s \u00e0 la r\u00e9alisation du r\u00e9ducteur.<\/p>\n\n\n\n

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Apr\u00e8s l’avoir termin\u00e9, nous l\u2019avons test\u00e9 sur notre kart. Malheureusement, un probl\u00e8me important est survenu: le moteur arrivait \u00e0 bien faire tourner les arbres du r\u00e9ducteur, et par cons\u00e9quent le volant. Cependant, quand nous tournions le volant, cela cassait le dernier arbre du r\u00e9ducteur d\u00fb \u00e0 une diff\u00e9rence de couple entre le moteur et le r\u00e9ducteur. Ainsi, nous avons d\u00e9cid\u00e9 de concevoir un diff\u00e9rentiel que nous placerions entre le moteur \u00e9lectrique et le r\u00e9ducteur. De cette mani\u00e8re, le moteur \u00e9lectrique entra\u00eene le diff\u00e9rentiel qui lui-m\u00eame entra\u00eene le r\u00e9ducteur, mais \u00e0 l\u2019inverse quand le volant tourne, il entraine le r\u00e9ducteur et arrive au diff\u00e9rentiel qui continue de tourner mais n\u2019entraine pas le moteur.<\/p>\n\n\n\n

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Pour finir, nous devions faire un b\u00e2ti reliant le moteur, le diff\u00e9rentiel et le r\u00e9ducteur. Cependant, l\u2019impression de ce dernier a rencontr\u00e9 un probl\u00e8me. Ainsi, nous avons d\u00fb nous r\u00e9soudre \u00e0 faire le b\u00e2ti en bois ce qui nous a pris plus de temps et de place. Enfin, nous avons r\u00e9ussi \u00e0 coder un programme pour faire tourner le moteur en fonction de la direction demand\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

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Automatisation:<\/h2>\n\n\n\n

A l’origine, l’objectif \u00e9tait d’automatiser \u00e0 la fois la direction et le freinage. Malheureusement, par manque de temps, nous nous sommes rapidement concentr\u00e9s sur la direction. Pour ce faire, nous avons utilis\u00e9 un capteur lidar (capteur laser) et plus particuli\u00e8rement le YDLIDAR G2 (image ci-dessus) qui permet de d\u00e9tecter, \u00e0 360 degr\u00e9s, des obstacles allant de 0,12 \u00e0 12 m\u00e8tres. Ce capteur, r\u00e9put\u00e9 simple d’utilisation, peut fonctionner sous Arduino. Ainsi, une fois la carte d’acquisition correctement reli\u00e9e \u00e0 notre appareil, il ne nous restait plus qu’\u00e0 \u00e9crire le programme. <\/p>\n\n\n\n

Dans un premier temps, nous avons d\u00e9fini ce que concr\u00e8tement nous devions faire. De cette mani\u00e8re, nous avons d\u00e9termin\u00e9 qu’il fallait que le v\u00e9hicule tourne en cas d’obstacle sur sa route et que d\u00e9pendamment de la position de celui-ci (\u00e0 droite ou \u00e0 gauche), le kart choisisse le c\u00f4t\u00e9 le plus optimal. Aussi, en cas de pr\u00e9sence de plusieurs obstacles, il \u00e9vite l’entrave la plus proche.<\/p>\n\n\n\n

Une fois ceci bien d\u00e9fini, nous avons retranscrit cela en langage Arduino. Ainsi, nous avons demand\u00e9 au capteur de r\u00e9aliser plusieurs tours (afin d’avoir une meilleure pr\u00e9cision) \u00e0 l’aide de la condition: if (old_angle>angle). En effet, celle-ci signifie que la mesure de l’angle pr\u00e9c\u00e8dent est sup\u00e9rieur \u00e0 celle de l’angle du point actuellement \u00e9tudi\u00e9. Ce qui implique que le capteur a fait un tour complet. Des calculs de trigonom\u00e9trie nous ont permis de localiser les diff\u00e9rents obstacles. De cette mani\u00e8re, nous sommes parvenus \u00e0 r\u00e9cup\u00e9rer et \u00e0 analyser les donn\u00e9es du capteur.<\/p>\n\n\n\n

Pour les plus t\u00e9m\u00e9raires d’entre vous, voici le code: <\/p>\n\n\n\n

void loop() {\n  \n\n\n    if (lidar.waitScanDot() == RESULT_OK) {   \/\/(lidar.waitScanDot() == RESULT_OK)\n      const scanPoint &p = lidar.getCurrentScanPoint(); \/\/Recuperation du point\n\n      float angle = float(p.angle);        \/\/Renommer la variable\n      float distance = float(p.distance);  \/\/Renommer la variable\n      \n      \n      if (angle < old_angle){   \/\/ si le capteur a fait un tour complet\n        nb_tour +=1;            \/\/ incrementation du nb de tours \n        \n          if (nb_tour==30){     \/\/ nb tours au bout duquel on prend une d\u00e9cision\n            nb_tour =0;         \/\/ reinitialisation de la variable \n            if(obs_droite == 1){\n                printf(\"Tourner gauche\\n\");\n                digitalWrite(11,LOW);         \/\/ activation des sorties digitales pour tourner \u00e0 gauche\n                digitalWrite(10,HIGH);        \/\/ \n                digitalWrite(12,LOW);         \/\/\n                distance_obs = 6000;          \/\/ r\u00e9initialise la distance de l'obs en dehors de notre zone de d\u00e9tection\n                 obs_gauche = 0;              \/\/Reinitialisation des variables obs\n                 obs_droite = 0;              \/\/\n\n            }else if(obs_gauche == 1){\n                printf(\"Tourner droite\\n\");\n                digitalWrite(10,LOW);         \/\/ activation des sorties digitales pour tourner \u00e0 droite\n                digitalWrite(11,HIGH);        \/\/\n                digitalWrite(12,LOW);         \/\/\n                distance_obs = 6000;          \/\/ r\u00e9initialise la distance de l'obs en dehors de notre zone de d\u00e9tection\n                printf(\"\\n\");\n                 obs_gauche = 0;              \/\/Reinitialisation des variables obs\n                 obs_droite = 0;              \/\/\n            }else {\n                printf(\"Avancer\\n\");\n                digitalWrite(10,LOW);         \/\/ activation des sorties digitales pour avancer\n                digitalWrite(11,LOW);         \/\/\n                digitalWrite(12,HIGH);        \/\/\n            }\n            }\n\n          \n\n         \n      }else{\n\n        if (angle <= 258 && angle > 180){              \/\/ tourner \u00e0 gauche \n          x = distance * cos (angle * PI\/180 - PI);       \/\/ coordonn\u00e9es de l'obs en mm \n          l = distance * sin (angle * PI\/180 - PI);       \/\/ \n          if ( x<= 5000 && x >= 120 && l <= 555 && distance_obs>distance){  \/\/condition pour que l'obs appartienne \u00e0 la zone de d\u00e9tection et que l'obs d\u00e9tect\u00e9 soit le plus proche\n              distance_obs=distance;                   \/\/nouvelle distance obs\n              obs_gauche = 0;                          \n              obs_droite = 1;\n\n            }\n          }\n      }\n\n        if (angle >= 102 && angle <= 180){        \/\/tourner \u00e0 droite\n          l = distance * cos (angle* PI\/180  - PI\/2);        \/\/ coordonn\u00e9es de l'obs en mm\n          x = distance * sin (angle* PI\/180  - PI\/2);        \/\/ \n            if ( x<= 5000 && x >= 120 && l <= 555 && distance_obs>distance){  \/\/condition pour que l'obs appartienne \u00e0 la zone de d\u00e9tection et que l'obs d\u00e9tect\u00e9 soit le plus proche\n             \n              distance_obs=distance;              \/\/nouvelle distance obs     \n              obs_gauche = 1;\n              obs_droite = 0;\n            \n            }\n      }\n      old_angle = angle;                          \/\/Mise a jour de la valeur de l'angle\n\n    \n    }else {\n      \/\/ printf(\"Fail to get scan point!\\n\");\n      delay(1);\n    \n    }\n    \n    \n  } <\/code><\/pre>\n\n\n\n
Ensuite, nous nous sommes servis des entr\u00e9es\/sorties digitales de notre carte Arduino afin de transmettre, en fonction des valeurs (0 ou 1) re\u00e7ues,  la commande \u00e0 effectuer. Cette seconde carte contient le programme permettant de faire tourner le moteur charg\u00e9 de la rotation du volant. Ce programme \u00e9tait fourni avec le moteur, nous l’avons simplement l\u00e9g\u00e8rement ajust\u00e9 \u00e0 nos besoins.<\/p>\n\n\n\n
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Motorisation:<\/h2>\n\n\n\n
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Dans un premier temps, notre but \u00e9tait de fixer le moteur au kart. Nous avons utilis\u00e9 le m\u00eame principe que pour un v\u00e9lo \u00e9lectrique. Nous avons int\u00e9gr\u00e9 une partie rigide d\u2019un cadre d\u2019un ancien v\u00e9lo. Puis, l\u2019objectif consistait \u00e0 relier le moteur au pignon par la cha\u00eene mais aussi de raccorder le pignon \u00e0 l\u2019arbre. Pour cette derni\u00e8re \u00e9tape, nous avons cr\u00e9\u00e9 une pi\u00e8ce 3D afin d\u2019entra\u00eener tout l\u2019essieu arri\u00e8re du kart.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n
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Toutefois, lors de la mise en fonctionnement du moteur, nous avons \u00e9t\u00e9 confront\u00e9s \u00e0 un probl\u00e8me majeur qui a \u00e9t\u00e9 la perte de puissance d\u00fb au soul\u00e8vement de l\u2019essieu arri\u00e8re. Pour essayer de r\u00e9soudre ce probl\u00e8me, nous avons pens\u00e9 \u00e0 la r\u00e9alisation d\u2019une pi\u00e8ce 3D fix\u00e9e aux suspensions pour emp\u00eacher ce soul\u00e8vement. Malheureusement, cette pi\u00e8ce a rompu lors de notre premier test car nous avions sous-estim\u00e9 la pression soumise par l\u2019essieu arri\u00e8re sur la pi\u00e8ce. Le temps nous a manqu\u00e9 pour en concevoir une plus solide.<\/p>\n\n\n
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