Comme lors d’un match de sumo classique, l’objectif est de faire sortir l’adversaire du ring. Deux robots s’affrontent sur un terrain circulaire noir bordé d’une ligne blanche : le “Dohyo”. Si le robot sort ou est poussé hors du terrain, il est considéré comme perdant de la manche. Le robot doit pousser son adversaire hors du terrain et ainsi être le dernier sur le terrain pour gagner la manche.
Plusieurs catégories de robots Sumos existent, et selon elles varient la taille et le poids maximal des robots, ainsi que la taille des arènes de combat. La catégorie la plus répandue aujourd’hui en France est celle des mini-sumos, où le robot doit respecter certaines contraintes :
- Une base de taille maximale 10x10cm
- Un poids maximum de 500g
- Robot autonome (pas de télécommande)
Plusieurs compétitions de mini-sumos existent aujourd’hui en France, dont la SUMOBOT, organisée en région parisienne par l’association étudiante ESIEESPACE. Le règlement de cette compétition qui donne les conditions à respecter pour le robot est donné en pièce-jointe dans cette étape.
Kit Sumobot v5.2
Le kit Sumobot permet de s’initier rapidement et simplement à la robotique à un prix accessible. Le robot est compatible avec la carte Arduino Nano et le Nucleo-32 (le microcontrôleur est fourni dans le kit).
En tant que membre de cette association, j’ai pu développer un robot sumo en kit pour celle-ci, afin de permettre à n’importe quel débutant de participer au tournoi et apprendre de façon ludique l’électronique et la programmation ! C’est ce kit, nommé robot SUMOBOT, que je vous apprends à fabriquer aujourd’hui ! C’est parti !
Étape 1 : Inventaire
Le kit SUMOBOT comprend :
- 1x PCB SUMOBOT v5.2
- 1x Carte avec microcontrôleur
- 2x Condensateurs 330 µF
- 2x Condensateurs 100 nF
- 1x Diode de puissance (généralement de référence 1N5817)
- 8x Diodes de roue libre
- 3x Résistances 220 Ohms
- 2x Résistances 1k Ohms
- 2x Résistances 4.7k Ohms
- 2x Résistances 47k Ohms
- 1x Interrupteur
- 1x Bouton
- 3x LEDs rouges
- 2x Capteurs de ligne (TCRT)
- 1x Capteur de distance (HC-SR04)
- 1x Pont en H (L298)
- 2x Moteurs
- 1x Jeu de connecteurs mâles/femelles + cavaliers
- 1x Kit mécanique châssis (pièces découpées, 4x entretoises, vis 10mm, écrous et rondelles)
- 1x Kit mécanique pelle (pièces imprimées, 2x vis 16mm et écrous)
- 1x Kit mécanique roues (2 roues, moyeux, serre-câbles)
- 1x Jeu de fils et gaine thermo rétractables
Étape 2 : Soudage des diodes
Faites chauffer le fer à souder, c’est l’heure de s’occuper de la carte électronique !
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 1x Diode de puissance
- 8x Diodes de roue libre
Lors de l’assemblage d’une carte électronique, il est conseillé de respecter un ordre dans les composants à souder, et de commencer à souder les plus petits et les moins sensibles en premier (résistances, diodes…). Le processus d’assemblage est ainsi plus pratique et plus agréable, et on ne risque pas d’endommager un composant sensible à force de chauffer le PCB avec son fer à souder.
Avec une pince plate, commencez par plier à 90° les pattes de chacune des 9 diodes afin de placer le corps de la diode plaqué sur la partie haute du PCB, avec les pattes dépassant de la partie basse du PCB. Vous pouvez légèrement écarter les pattes des diodes pour que celles-ci ne tombent pas lors du soudage.
Attention au sens des diodes
Les diodes ont un sens ! Une bague de couleur indique leur cathode, c’est à dire leur côté « -« . Les positions des diodes doivent correspondre à celles dessinées sur le PCB (voir photos).
Une fois les diodes correctement placées, on peut les souder.
Quelques astuces pour réaliser une soudure de pro :
- Utiliser un fer bien nettoyé et adapté au travail que l’on souhaite faire
- Utiliser un étain de qualité
- Plaquer la pointe de son fer à souder sur la patte du composant ET sur la piste du circuit (attendre 2-3 secondes que les deux surfaces métalliques soient à la même température)
- Approcher le fil d’étain et déposer une petite goutte de d’étain pour souder
- Laisser refroidir la soudure sans souffler dessus
Une fois les 18 soudures réalisées, coupez à raz les pattes des diodes avec une pince coupante.
Étape 3 : Soudage des résistances
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 3x Résistance 220 Ohms (rouge, rouge, marron)
- 2x Résistances 1k Ohms (marron, noir, rouge)
- 2x Résistances 4.7k Ohms (jaune, violet, rouge)
- 2x Résistances 47k Ohms (jaune, violet, orange)
Les résistances ne sont pas polarisées, peu importe leur sens sur le PCB.
Chaque résistance possède un code d’anneau de couleur correspondant à une valeur.
Avec une pince plate, commencez par plier à 90° les pattes de chacune des 9 résistances afin de placer le corps de la résistance plaqué sur la partie haute du PCB, avec les pattes dépassant de la partie basse du PCB. Vous pouvez légèrement écarter les pattes des résistances pour que celles-ci ne tombent pas lors du soudage.
Soudez les résistances sur le PCB en respectant les indications de valeurs écrites sur le PCB.
Une fois les 18 soudures réalisées, coupez à raz les pattes des résistances avec une pince coupante.
Étape 4 : Soudage des LED
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 3x LEDs 5mm
Attention au sens des LEDs
LED signifie « Light Emetting Diode », en français « diode émettant de la lumière ». Sa caractéristique de diode en fait un composant polarisé. La patte la plus longue est la patte « + ».
Une fois les 6 soudures réalisées, coupez à raz les pattes des LED avec une pince coupante.
Étape 5 : Soudage de l’interrupteur et du bouton
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 1x Interrupteur
- 1x Bouton
Positionnez et soudez l’interrupteur et le bouton à leur emplacement avec la glissière orientée vers le l’extérieur.
Étape 6 : Soudage des connecteurs
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 5x Connecteurs mâles 2 pins (moteurs/batterie)
- 2x Connecteurs mâles 3 pins (switch Arduino/Nucléo)
- 2x Connecteurs femelles 15 pins (microcontrôleur)
Séparez d’une barrette de connecteurs mâles 5 connecteurs mâles 2 pins, 2 connecteurs mâles 3pins, et 2 connecteurs femelles15 pins.
Soudez les. Les connecteurs doivent être soudés avec leur plus grande longueur de contact métallique dirigé vers le haut.
- une barrette de 2 pins à l’emplacement du connecteur de batterie « BAT »
- deux barrettes de 3 pins à l’emplacement des sélecteurs Arduino / Nucléo
- deux barrettes de 15 pins aux emplacements du ARDUINO NANO
Soudez les. Les connecteurs doivent être soudés avec leur plus grande longueur de contact métallique dirigé vers le bas.
- deux barrettes de 2 pins aux emplacements « MOT_G »
- deux barrettes de 2 pins aux emplacements « MOT_D »
Étape 7 : Soudage des condensateurs
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 2x Condensateurs chimiques 330 µF
- 2x Condensateurs céramiques 100 nF
Positionnez et soudez les 2 condensateurs céramiques à leurs emplacements.
Attention au sens des condensateurs
Contrairement aux condensateurs céramiques soudés précédemment, les condensateurs chimiques sont polarisés. La patte la plus longue est la patte « + » et une bande sur leur boîtier indique la patte « -« .
Une fois les 8 soudures réalisées, coupez à raz les pattes des condensateurs céramiques et chimiques avec une pince coupante.
Étape 8 : Soudage du pont en H
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 1x Pont en H L298N
Soudez le pont en H comme indiqué sur la photo. Attention au sens, le pont en H est utilisé pour contrôler les moteurs en faisant varier le sens de rotation des moteurs, par conséquent, une mauvaise soudure apportera un certain dysfonctionnement au système.
Étape 9 : Soudage du capteur ultrason
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 1x Capteur ultrason (HC-SR04)
- 2x Connecteurs mâles 3 pins
A côté des deux LEDs se trouvent deux emplacements pour des connecteurs mâles 2 pins (avec écrit « Arduino » et « Nucléo »). Soudez les connecteurs et mettez les cavaliers en fonction de la carte utilisée.
Ensuite, positionnez le capteur ultrason dirigé vers l’extérieur de l’autre côté de tous les autres composants et soudez-le à son emplacement nommé « Ultrason ». Le capteur doit être bien plaqué sur le PCB.
Étape 10 : Soudage des capteurs de ligne
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 2x Capteurs infrarouges « TCRT »
- 3x Fils (rouge, jaune, noir)
- 1x Gaine thermo rétractable
- 2x Connecteurs mâles 3 pins
Torsadez entre elles les deux bornes VCC (cf. le schéma ci-dessus)
Soudez les trois bornes en respectant le code couleur du schéma puis protéger chacune des soudures avec de la gaine thermo rétractable avant de torsader les fils sur eux-mêmes.
Soudez les extrémités des trois fils du moteur aux deux pins d’un connecteur femelle. Protégez chacune des soudures avec de la gaine thermo rétractable.
Étape 11 : Soudage des moteurs
Vous aurez besoin :
- 1x PCB
- 2x Moteurs à courant continu
- 2x Fils (rouge, noir)
- 1x Gaine thermo rétractable
- 2x Connecteurs femelle 2 pins
Soudez aux bornes du moteurs deux fils d’une dizaine de centimètres. Protégez chacune des soudures avec de la gaine thermo rétractable avant de torsader les fils sur eux-mêmes.
Soudez les extrémités des deux fils du moteur aux deux pins d’un connecteur femelle. Protéger chacune des soudures avec de la gaine thermo rétractable.
Répétez l’opération pour le deuxième moteur, afin d’obtenir deux moteurs câblés prêts à être branchés au circuit du robot.
Étape 12 : Assemblage du châssis
Vous aurez besoin :
- 2x Pièces en bois découpées
- 4x Entretoises 30mm
- 4x Vis M3 10mm
Utilisez les 4 vis M3 et les 4 entretoises pour maintenir les deux pièces en bois plaquées l’une contre l’autre.
Étape 13 : Fixation des moteurs et des roues
Vous aurez besoin :
- 1x Châssis assemblé
- 2x Moteurs câblés
- 4x Serre-câbles plastiques
- 2x Roues
- 2x Moyeux
Placez les moteurs dans les encoches du châssis, aux emplacements centraux ou arrière (au choix), avec leurs rotors dirigés vers l’extérieur.
Utilisez les rilsans plastiques pour maintenir fermement les moteurs au châssis.
Attention à la position des moteurs
Si les moteurs sont mal positionnés, les rilsans risquent de frotter contre les engrenages du réducteur des moteurs. La position du moteur et le sens du rilsan corrects sont montrés sur la photo.
Pour les roues, insérez en force les moyeux imprimés en 3D dans les roues en silicone. Utilisez une lime afin d’ajuster la pièce 3D si besoin.
Insérez en force les roues sur les moteurs du robot.
Étape 14 : Assemblage et fixation de la pelle
Vous aurez besoin :
- 1x Petite pièce en bois
- 1x Pelle imprimée en 3D (2 pièces)
- 2x vis M3 16mm
- 2x écrous M3
Utilisez une pince plate pour insérer les 2 écrous M3 dans leurs emplacements, sur la pièce supérieure de la pelle imprimée en 3D.
Placez les deux pièces de la pelle dans l’encoche à l’avant du châssis.
Utilisez les deux boulons M3 16mm et la pièce inférieure du châssis pour fixer la pelle à celui-ci.
Étape 15 : Fixation du circuit sur le châssis
Vous aurez besoin :
- 1x châssis assemblé
- 1x PCB assemblé
- 4x écrous M3
- 4x rondelles M3
Placez le PCB assemblé sur le châssis du robot précédemment monté, capteur ultrason dirigé vers l’avant.
Utilisez les entretoises, les rondelles et les écrous M3 pour maintenir fermement le PCB au châssis.
Placez les capteurs infrarouges dans leurs encoches situées à l’avant gauche et droite du châssis.
Branchez les moteurs à leurs connecteurs respectifs « MOTEUR_G » et « MOTEUR_D » situés à l’arrière du PCB.
Étape 16 : Programmation du microcontrôleur
Le robot SUMOBOT fonctionne avec une Arduino Nano ou un STM32 NUCLEO-L432KC.
La carte Arduino Nano se programme via l’IDE Arduino en langage Arduino. L’association ESIEESPACE met à disposition un tutoriel sur Github ainsi qu’un code d’exemple pour apprendre à programmer votre robot Sumobot et faire fonctionner immédiatement le robot.
Si vous ne parvenez pas à téléverser votre programme dans votre Arduino Nano, dans Outils > « Type de cartes » sélectionnez « Arduino Nano » puis Outils > « Processeur » sélectionnez « ATMega328P (Old Bootloader) »
N’hésitez pas à modifier ce code à votre guise et à vous l’approprier pour développer une stratégie de déplacement différente et devenir imbattable !