CARA – un robot-chien de haute précision utilisant des câbles

• CARA est un robot-chien de haute précision qui se distingue des approches classiques grâce à un mécanisme à câbles
• Pour le calibrage de la position initiale, chaque articulation suit un processus de homing qui détecte les variations de courant afin de trouver les limites physiques
• Il contrôle avec précision la position et la posture des pattes grâce à trois types d’équations : cinématique inverse (IK), cinématique directe (FK) et cinématique de rotation (RK)
• Il utilise un pattern de marche basé sur une trajectoire cycloïdale pour produire des déplacements naturels et des mouvements fluides
• Avec une allure de trot, les pattes diagonales bougent simultanément, ce qui permet différents mouvements comme l’avancée, les changements de direction et la rotation

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Programmation

Séquence de homing

• La première étape de la programmation de CARA consiste à développer une séquence de homing des articulations (calibrage automatique de position)
• Lors du homing, seul l’encodeur de position absolue sur l’arbre moteur de chaque articulation permet de mesurer la position relative de l’articulation
• Au démarrage, les articulations sont mises en rotation jusqu’à leur limite physique, puis l’arrivée à ce point est détectée par une augmentation du courant
• Une fois la limite physique atteinte, il devient possible de définir la position absolue de l’articulation
• Ce processus doit obligatoirement être exécuté une fois à chaque démarrage

Cinématique

• Pour contrôler les mouvements du corps, trois types d’équations sont utilisés : cinématique inverse (IK), cinématique directe (FK) et cinématique de rotation (RK)
• Équations d’IK : elles calculent les angles articulaires nécessaires pour placer la patte (pied ou end effector) à la position X, Y, Z souhaitée
• Équations de FK : elles calculent la position X, Y, Z du pied à partir des angles articulaires actuels
• Lors de la planification de trajectoire, la position actuelle est d’abord calculée via la FK, puis des waypoints intermédiaires jusqu’au point cible sont calculés (avec la bibliothèque Arduino RAMP), et les angles articulaires sont obtenus par IK pour chaque waypoint
• Équations de RK : elles servent à calculer la position des pieds nécessaire à la rotation du corps selon les axes roll, pitch et yaw
  • Les positions des pieds calculées par RK servent ensuite à recalculer les angles via l’IK
  • Elles sont utilisées pour le contrôle de posture (pose control) et le maintien de la stabilité, contribuant aux rotations du corps sur place et à l’équilibre du robot

Démarche

• La démarche de CARA applique une trajectoire de pas basée sur une courbe cycloïdale afin d’obtenir des mouvements fluides et réalistes
• Des trajectoires de pas triangulaires et rectangulaires ont aussi été testées, mais elles se sont révélées inférieures en matière de fluidité, d’évitement des obstacles par les pattes et de naturel du mouvement
• La démarche principale est une allure de trot (déplacement simultané des pattes diagonales), composée d’une phase de swing (déplacement vers l’avant dans les airs) et d’une phase de stance (poussée vers l’arrière au sol)
• Pendant la marche, les phases de swing et de stance alternent entre les paires de pattes diagonales pour créer une marche continue
• Pour les déplacements dans d’autres directions que l’avant et l’arrière, le pattern de trot est conservé, mais seul l’angle des pas des pattes change
• En rotation, une paire de pattes effectue des pas vers l’extérieur et l’autre vers l’intérieur, ce qui permet des virages en courbe ou une rotation sur place

[GN⁺]

Avis Hacker News

• J’ai regardé en boucle les vidéos d’Aaed sur les transmissions à cabestan, c’est vraiment une œuvre remarquable : haute vitesse, couple élevé, une compliance correcte et pratiquement aucun jeu mécanique ; c’est fascinant de voir un tel esprit d’ingénierie
  • Moi aussi, j’ai découvert ses vidéos récemment ; à chaque visionnage, des idées de choses à fabriquer jaillissent dans ma tête, et c’est frustrant de manquer de temps (j’ai même un breadboard juste à côté qui attend mon attention). Ce qui est intéressant, c’est l’algorithme de YouTube : les sujets que je vois d’abord sur YouTube apparaissent souvent sur Hacker News une ou deux semaines plus tard. Je ne sais pas si c’est le signe d’un bon algorithme ou d’un échec. Il montre clairement bien certaines vidéos populaires aux personnes intéressées, mais je me demande si ce que je regarde est vraiment ce qu’il y a de mieux, ou juste une petite sélection d’œuvres excellentes qui ont attiré l’attention par hasard. Il m’arrive parfois de découvrir tardivement des chaînes utiles vieilles de plusieurs années ; en voyant ça, j’ai l’impression qu’il existe en réalité bien plus de bons contenus que je ne peux en voir, et je me demande si je les ai ratés par malchance, si j’ai simplement de la chance de les voir maintenant, ou si l’algorithme a détecté de façon arbitraire un certain seuil ou une caractéristique de mes centres d’intérêt pour me les recommander
  • Avant, nous faisions tourner les pellicules sur des équipements de numérisation avec des cabestans : c’était rapide, précis et sans jeu, une très bonne technique. Du coup, je pensais qu’on ne l’utilisait pas beaucoup à cause du manque de couple élevé ou de l’usure, mais ce n’est apparemment pas forcément le cas
  • Aaed est l’un de mes créateurs préférés ; bien sûr, il y a sur YouTube des ingénieurs ou des experts encore meilleurs que lui, ou des gens plus drôles, mais il offre un très bon équilibre. Je suis aussi abonné à beaucoup de chaînes sur la tech, la pop science et le design industriel ; si ça intéresse quelqu’un, je peux partager une liste de recommandations, je suis justement en train de faire du tri dans mes abonnements
  • Je n’ai pas vu la vidéo sur le chien parmi celles sur les transmissions à cabestan, mais la vidéo d’explication de base (High Precision Speed Reducer Using Rope) était excellente. Ça fait un an que je rêve de cette technologie, surtout qu’à la même période quelqu’un travaillait aussi sur les actionneurs du robot da Vinci (contrôle de haute précision par câble), ce qui m’a encore plus marqué. (Building a DIY Surgical Robot)
• J’ai vu cette vidéo la semaine dernière et j’en suis resté bouche bée ; c’est un technicien exceptionnel, mais il est aussi excellent dans ses explications. Il détaille suffisamment sa stratégie de test pour qu’on puisse comprendre sa façon de penser et sa méthodologie, puis il résume convenablement sans s’étirer inutilement : une vraie réussite
• J’ai justement rencontré Aaed la semaine dernière, il était en train d’imprimer des pièces pour son projet (on travaille dans la même entreprise), et le voir arriver numéro 1 sur HN paraît presque irréel
• La présentation était vraiment excellente ; quelqu’un devrait l’embaucher au plus vite
  https://www.aaedmusa.com/
  • J’ai bien l’intention d’inspirer mon fils de 12 ans à construire son site web comme ça une fois son cursus terminé : « CARA (Capstans Are Really Awesome) est mon dernier robot quadrupède, successeur de ZEUS, ARES et TOPS. Il a été construit sur une année et c’est le robot quadrupède le plus dynamique et le mieux conçu que j’aie réalisé jusqu’à présent »
  • Quelqu’un dont le talent, la motivation et la capacité d’exécution sont déjà aussi démontrés n’est probablement pas fait pour suivre un parcours classique d’embauche en entreprise. Il vaudrait bien mieux soutenir sa startup
  • Il est peut-être déjà pleinement satisfait avec ses projets et son activité sur YouTube
• Ce qui est impressionnant, ce n’est pas seulement la réalisation en robotique, mais aussi la manière de la transmettre aux spectateurs en vidéo. J’ai l’impression qu’en ce moment, la qualité des vidéos sur Internet est vraiment incroyable. Les outils utilisables dans un atelier personnel deviennent de plus en plus performants, et je pense qu’on va découvrir encore beaucoup plus de choses grâce à cette évolution
• J’ai l’impression qu’il y avait déjà eu un post ici sur HN à son sujet ; en tout cas, le voir fabriquer lui-même des choses aussi formidables et les enseigner en vidéo m’a de nouveau impressionné, donc cette fois je m’abonne pour être sûr de ne rien manquer à l’avenir
• C’est vraiment étonnant et admirable
• Professor of Upstairs Neighboring. https://youtu.be/8s9TjRz01fo?t=1128
• Je me demande pourquoi il faut faire autant d’efforts pour obtenir un rapport de réduction aussi « précis » ; avoir beaucoup de chiffres ne rend pas forcément quelque chose « précis ». Et je me demande aussi dans quelle mesure cette structure résiste à l’usure ou à la fatigue
  • En réalité, ça n’a peut-être pas demandé tant d’efforts que ça ; avec l’impression 3D, on finit de toute façon souvent par réimprimer deux ou trois fois, donc ajuster le rapport de réduction au passage devient assez naturel. Et si l’on veut mettre en avant une conception « de haute précision » pour donner des conseils à d’autres sur la conception d’une transmission, alors si l’objectif était un rapport de 8, on ne peut pas se satisfaire d’un vague 7,9 à 8,2
  • C’est un problème de cinématique : plus un engrenage est précis, mieux le modèle correspond à la réalité. C’est pourquoi les experts montent directement les moteurs sur les articulations dans les situations soumises à de forts impacts, au lieu d’utiliser des engrenages ou des cordes. Prendre aussi en compte la déformation et l’élasticité est irréaliste. En tout cas, c’est ce que j’ai vu récemment en robotique

  • Avoir beaucoup de chiffres ne rend pas quelque chose plus précis
    En fait, avoir davantage de décimales, ce n’est pas précisément la définition même de la precision ?

  • Ce point m’a semblé un peu confus dans la vidéo ; c’était peut-être lié aux limites des outils utilisés
• Merci d’avoir partagé une vidéo aussi amusante et bien réalisée ; c’était vraiment un projet très plaisant, et sa capacité d’explication m’a paru exceptionnelle. Ce genre de talent en communication est vraiment admirable, et ça me donne envie de m’améliorer moi aussi