L'Équilibriste

1. Libère une grande table et protège-la avec un vieux carton.
2. Pose toutes les pièces de la liste de courses devant toi.
3. Range les petites pièces (vis, piton, trombone) dans un bol pour ne pas les perdre.
4. Demande à papa d'installer le logiciel Arduino IDE sur l'ordinateur.

Astuce

Prends une photo de toutes tes pièces avant de commencer. Ce sera la première page de ton journal de bord de roboticienne !

1. Coupe dans le tasseau un morceau de 12 cm : c'est le pilier.
2. Coupe un second morceau de 6 cm : ce sera le support du moteur.
3. Colle le pilier debout, à 3 cm du bord gauche de la planche, bien au milieu dans la largeur.
4. Laisse sécher 30 minutes. Pendant ce temps, passe à l'étape 3 !

À ton avis ?

Pourquoi le pilier doit-il être bien droit ? Indice : si le rail penche déjà au départ, qui devra travailler plus fort ?

1. Pose les deux baguettes sur la latte, bien parallèles, écartées d'environ 2,5 cm.
2. Teste avec une balle : elle doit rouler sur les baguettes sans toucher la latte.
3. Quand l'écart est bon, colle les baguettes et tiens-les avec du scotch pendant le séchage.
4. Colle un petit morceau de carton au bout droit : c'est une butée pour que la balle ne s'envole pas.

Astuce

Trace deux lignes au crayon sur la latte avant de coller. Les baguettes resteront bien droites.

1. Visse une moitié de la charnière sur le dessus du pilier.
2. Visse l'autre moitié sous le rail, à environ 2 cm de son bout gauche.
3. Soulève le bout droit du rail avec ta main : il doit monter et descendre facilement, comme une balançoire.

Attention

Si la charnière frotte ou grince, le moteur va peiner. Desserre un tout petit peu les vis.

Les fils, c'est comme des routes : chaque couleur va à un endroit précis. Utilise la plaque d'essai pour que le moteur et le capteur partagent le 5V et le GND.

Règle d'or

On branche et on débranche les fils toujours avec le câble USB débranché. Et on vérifie deux fois avant de rebrancher.

1. Branche l'Arduino à l'ordinateur avec le câble USB.
2. Dans Arduino IDE, choisis Outils → Type de carte → Arduino Uno et le bon Port.
3. Copie ce petit programme, puis clique sur la flèche Téléverser.

#include <Servo.h>

Servo moteur;

void setup() {
  moteur.attach(9);    // le fil orange est sur la pin 9
  moteur.write(90);    // 90 degrés = la position du milieu
}

void loop() {
  // rien : le moteur reste au milieu
}

4. Le moteur bouge un peu puis s'arrête : il est maintenant pile au milieu.
5. Enfonce le petit bras en plastique (le palonnier) sur l'axe, bien à l'horizontale.

Pourquoi d'abord le code ?

Si tu fixes le bras avant, tu ne sais pas où est le « milieu » du moteur. Le rail risque de ne jamais être à plat.

1. Visse le piton sous le rail, à 35 cm de la charnière.
2. Fixe le servomoteur sur son support en bois (colle chaude ou colliers), l'axe vers l'avant.
3. Pose le support sur la planche, juste sous le piton. Ne colle pas encore !
4. Déplie le trombone en tige droite et fais un petit crochet à chaque bout avec la pince.
5. Accroche un bout dans le trou extérieur du palonnier, l'autre dans le piton.
6. Déplace le support jusqu'à ce que le rail soit bien à plat. Vérifie avec une balle : elle ne doit pas rouler. Maintenant tu peux coller le support.

Ça coince ?

Si le rail est trop haut ou trop bas, change la longueur de la tige plutôt que de forcer sur le moteur.

1. Colle le capteur au bout gauche du rail, côté charnière, ses deux « yeux » tournés vers le rail.
2. Les yeux doivent être à la hauteur du milieu de la balle.
3. Téléverse ce programme, puis ouvre Outils → Moniteur série.

const int PIN_TRIG = 8;
const int PIN_ECHO = 7;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);  // le cri !
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  long duree = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, 25000);     // on écoute l'écho
  float cm = duree * 0.0343 / 2;                  // aller-retour du son
  Serial.print("Balle a ");
  Serial.print(cm);
  Serial.println(" cm");
  delay(100);
}

4. Fais rouler la balle doucement avec ton doigt. Les chiffres changent ? Bravo, ton robot voit !

Le savais-tu ?

Le son fait 343 mètres par seconde. On divise par 2 parce que le son fait l'aller jusqu'à la balle et le retour.

Voici le cerveau complet. Lis les commentaires en vert : ils expliquent chaque ligne. Téléverse-le, pose la balle sur le rail et regarde !

#include <Servo.h>

// ----- Les branchements -----
const int PIN_SERVO = 9;
const int PIN_TRIG  = 8;
const int PIN_ECHO  = 7;

// ----- Les réglages de Lili -----
float CIBLE      = 18.0;  // où la balle doit s'arrêter (cm depuis le capteur)
int   ANGLE_PLAT = 90;    // angle du moteur quand le rail est à plat
int   SENS       = 1;     // mets -1 si la balle s'enfuit au lieu de revenir
float Kp = 2.0;   // P : Pousse
float Ki = 0.02;  // I : Insiste
float Kd = 0.8;   // D : Doucement

Servo moteur;
float distance = CIBLE;
float erreurAvant = 0;
float somme = 0;
unsigned long tempsAvant = 0;

float mesurer() {
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  long duree = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, 25000);
  if (duree == 0) return -1;           // pas d'écho : on ignore
  return duree * 0.0343 / 2;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
  moteur.attach(PIN_SERVO);
  moteur.write(ANGLE_PLAT);
  delay(1000);
  tempsAvant = millis();
}

void loop() {
  // 1. Les yeux regardent
  float d = mesurer();
  if (d > 2 && d < 40) {
    distance = 0.7 * distance + 0.3 * d;   // on adoucit les mesures qui sautillent
  }

  // 2. Le cerveau calcule
  unsigned long maintenant = millis();
  float dt = (maintenant - tempsAvant) / 1000.0;
  tempsAvant = maintenant;

  float erreur  = distance - CIBLE;                     // loin du but ?
  somme = constrain(somme + erreur * dt, -50, 50);       // I
  float vitesse = (erreur - erreurAvant) / dt;           // D
  erreurAvant = erreur;

  float correction = Kp * erreur + Ki * somme + Kd * vitesse;
  correction = constrain(correction, -30, 30);         // pas plus de 30 degrés

  // 3. Le muscle bouge
  moteur.write(ANGLE_PLAT + SENS * correction);

  // Pour le Traceur série : la balle et la cible
  Serial.print(distance); Serial.print(" "); Serial.println(CIBLE);
  delay(40);
}

La balle s'enfuit ?

Pas de panique, c'est normal la première fois ! Le moteur est peut-être monté à l'envers. Change SENS = 1 en SENS = -1 et téléverse à nouveau.

Ouvre Outils → Traceur série : tu vois deux lignes, la balle et la cible. Ton but : que la ligne de la balle rejoigne la cible et y reste. Change un seul chiffre à la fois, téléverse, observe.

Journal de bord

Note chaque essai dans un cahier : « Kp = 2, Kd = 0.8 → la balle oscille 3 fois ». C'est exactement ce que font les ingénieurs !

Le moteur tremble et l'Arduino redémarre ?

Le moteur demande trop d'énergie au câble USB. Demande à papa d'ajouter un boîtier de 4 piles AA pour le moteur, en reliant bien son « moins » au GND de l'Arduino.