Les robots sont de plus en plus présents dans notre quotidien et leur utilisation s’étend à de nombreux domaines. Les bras robotisés sont l’un des éléments les plus importants de ces robots et leur capacité à effectuer des tâches précises est essentielle. Dans cet article, nous allons nous intéresser à un bras robotisé à 5 servomoteurs avec une pince qui permet de saisir une balle à une distance voulue et qui est contrôlé par une interface Processing. Nous verrons comment ce bras robotisé peut être utilisé et comment il peut être programmé pour effectuer des tâches précises.
Bras robotisé 5 servomoteurs avec pince : Préhension de balle à une distance voulue face au bras et interface Processing de contrôle.
1. Présentation
Ce programme permet de contrôler le bras articulé à 5 servomoteurs (1 servo base tournante, 3 servos de flexion et 1 servo de pince) par réception de chaines de caractères en provenance de l’interface Processing via le port série USB de la carte Arduino. Ainsi, les cinq servomoteurs connectés à la carte Arduino sont contrôlés à partir du PC.
1.1 Programme Arduino
Le contrôle du bras articulé à 5 servomoteurs se fait par chaine de la forme : servoto(i,xxx) avec xxx = angle en degrés.
Le code présenté ici utilise de nombreux tableaux avec une désignation des servomoteurs par indice : le code sera donc facilement transposable pour être utilisé avec 12, 20 servomoteurs ou plus !
Attention : trois chiffres obligatoires – pour 45 degrés on fera 045, pour -90, on fera -090
Les chaines reçues sur le port série décodées par le programme Arduino sont :
- reset() : réinitialise position initiale du bras
- vitesse(xxx) : paramétrage vitesse en ms – rapide = 5ms, lent 50ms, moyen 20ms
- pas(xxx) : pas de psoitionnement en degrés. 1 degré par défaut
- servo(i,xxx) : positionnement brut (et brutal…) d’un servomoteur à la valeur angle absolu
- servoto(i,xxx) : positionnement progressif angle absolu
- servotoR(i,xxx) : positionnement progressif angle relatif, valeur négative acceptée
- servosBrasRSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx); positionnement synchronisé en angle relatif – valeur négative acceptée
- servosBrasSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx); positionnement synchronisé en angle absolu
NB : Pendant l’exécution de ces 2 fonctions, tous les angles intermédiaires des servomoteurs sont affichés dans le Terminal !
- Les valeurs négatives sont acceptées pour les angles relatifs
Ce programme utilise les fonctionnalités suivantes :
- Utilise la connexion série vers le PC
- Utilise 5 servomoteurs
Ressources utiles associées à ce programme :
- La librairie Serial – pour les communications séries entre la carte Arduino et l’ordinateur ou d’autres composants
- La librairie Servo – pour contrôler les servomoteurs.
- La librairie Flash – hors référence – pour mettre simplement les chaînes de caractères et constantes de vos programmes dans la mémoire Flash programme de votre carte Arduino.
1.2 Le programme Processing
- Tout l’intérêt de ce programme Processing réside dans le calcul automatisé des positions des 3 servomoteurs des segments du bras robotisé à partir de la simple connaissance de la distance à laquelle on veut que le bras de positionne (position de l’objet à prendre).
- Les mathématiques sous-jacents à ce programme sont décrit ici : Math pour bras robotisé 3 segments
- L’interface Processing va réaliser le tracé de la position du bras sous forme graphique
- Le bras sera positionnable par simple clic souris ou par saisie d’une valeur dans un champ texte.
- Un bouton graphique permettra le positionnement souhaité et un autre permet de ramasser l’objet.
2. Matériel Nécessaire
2.1 L’espace de développement Arduino
- … pour éditer, compiler le programme et programmer la carte Arduino.

2.2 Le matériel électronique suivant pour réaliser le montage associé
- 4 servomoteurs standards type Futaba S3003




- 1 servomoteurs grand modèle type Futaba S3306?
- Pour étalonner un servomoteur dont on ne connaît pas les caractéristiques, voir le page : https://www.mon-club-elec.fr/pmwiki_mon_club_elec/pmwiki.php?n=MAIN.ArduinoExpertSerieDepuisPCPositionServomoteur
- Idéalement, un Shield kit EasyCard pour utilisation simplifiée jusqu’à 20 servos et/ou 6 capteurs analogiques – Easyrobotics

2.3 Les pièces mécaniques suivantes
- Un kit bras robotisé 5 servomoteurs avec pince de chez http://www.easyrobotics.fr comportant :
- 4 cages Easy standard + 1 grande cage Easy avec servomoteurs
- 1 base pour bras avec plateau tournant
- 1 rallonge bras
- 1 pince avec engrenage et mords.
3. Instructions de montage
- La connexion série vers le PC utilise les broches 0 et 1 (via le câble USB)
- Enficher la EasyCard broche à broche sur la carte Arduino
- Connexion des servomoteurs :
- connecter servo[0] = rotation base du bras sur la broche 6
- connecter servo[1] = inclinaison base du bras sur la broche 7
- connecter servo[2] = articulation médiane du bras sur la broche 8
- connecter servo[3] = inclinaison pince du bras sur la broche 9
- connecter servo[4] = ouverture pince du bras sur la broche 10
On utilise ici 5 servomoteurs dont un gros servomoteur pour l’axe de base du bras : IL EST IMPERATIF D’UTILISER UNE ALIMENTATION EXTERNE 5V pouvant supporter plusieurs ampères.
Il faudra également toujours vérifier que cette alimentation est allumée avant de connecter le port USB de la carte Arduino, sinon c’est le port USB qui alimentera les servomoteurs… avec un risque de détérioration, bien que la carte Arduino dispose d’une protection par fusible intégré
- Dans le cas d’une carte Arduino :
- l’intensité maximale disponible sur une broche est de 40mA
- l’intensité maximale cumulée pour l’ensemble des broches est 200mA
- l’instensité maximale que peut fournir l’alimentation 5V de la carte est 500mA.
- Par conséquent, avec une carte Arduino :
- En ce qui concerne la ligne de commande du servomoteur par la carte Arduino :
- on pourra commander directement autant de servomoteur que l’on veut (broche de commande) avec une carte Arduino, le nombre maximal étant 200mA / I commande, soit 100 environ dans le cas du Futaba S3003, ce qui est largement supérieur au nombre de broches de la carte.
- Il n’y aura par ailleurs pas besoin d’amplification (type ULN 2803) sur la ligne de commande du servomoteur même si l’on utilise un grand nombre de servomoteurs.
- En ce qui concerne l’alimentation principale des servomoteurs par une carte Arduino
- on ne peut alimenter que 3 à 4 servomoteurs simultanément par l’alimentation 5V de la carte Arduino, le nombre maximal étant 500mA / I fonctionnement = 500 / 120 = 4 servomoteurs dans le cas du Futaba S3003.
- Une alimentation externe sera indispensable dès que l’on dépassera ce nombre pour ne pas risquer de « griller » la carte Arduino.
- En ce qui concerne la ligne de commande du servomoteur par la carte Arduino :
Pour plus de détails, voir : Principes d’utilisation des alimentations avec une carte Arduino et des servomoteurs
4. Le schéma théorique du montage
Le schéma théorique du montage (cliquer pour agrandir)
5. Le circuit du montage
Le schéma du montage à réaliser (cliquer pour agrandir)
6. Explications
6.1 Explications du programme Arduino
- Le programme écoute le port série : lorsqu’une chaîne est reçue, elle est analysée et lorsqu’elle correspond à une chaine attendue, la fonction voulue de positionnement des servomoteurs est exécutée.
- A noter que le programme est capable de recevoir une instruction à 5 paramètres sur le port série et d’en extraire correctement les 5 valeurs numériques voulues.
- Le programme comprend plusieurs fonctions de positionnement des servomoteurs :
- de façon progressive, en angle absolu ou relatif
- de façon synchronisée pour plusieurs servomoteurs simultanément, là encore en angle absolu ou relatif.
- Voir les commentaires du programme pour plus de détails.
6.2 Explications du programme Processing
- L’interface Processing va réaliser le tracé de la position du bras sous forme graphique
- Le bras sera positionnable par simple clic souris ou par saisie d’une valeur dans un champ texte.
- Un bouton graphique permettra le positionnement souhaité et un autre permet de ramasser l’objet.
- Le programme Processing envoie sur le port série les chaines voulues pour positionner le servomoteur
- La valeur de l’ensemble des paramètres calculés par le programme sont affichés dans la console.
- Tous les calculs des angles du bras se font automatique à partir de la position de l’objet demandé.
7. Mise en oeuvre du programme
7.1 Préparation du montage et programmation de la carte Arduino :
- Commencer par réaliser le montage indiqué sur plaque d’expérimentation
- Ensuite, programmer la carte Arduino avec ce programme (en bas de page) selon la procédure habituelle
7.2 Fonctionnement
- Programmer la carte Arduino puis lancer le programme Processing. On obtient l’interface suivante :
- L’interface Processing va réaliser le tracé de la position du bras sous forme graphique
- Le bras sera positionnable par simple clic souris ou par saisie d’une valeur dans un champ texte.
- Un bouton graphique permettra le positionnement souhaité et un autre permet de ramasser l’objet.
- Le programme Processing envoie sur le port série les chaines voulues pour positionner le servomoteur
- La valeur de l’ensemble des paramètres calculés par le programme sont affichés dans la console.
Se reporter au programme pour plus de détails.
8. Le programme complet en langage Arduino
A copier/coller directement dans l’éditeur Arduino
// Trame de code générée par le générateur de code Arduino
// du site www.mon-club-elec.fr
// Auteur du Programme : X. HINAULT – Tous droits réservés
// Programme écrit le : 25/06/2011.
// ——- Licence du code de ce programme —–
// This program is free software: you can redistribute it and/or modify
// it under the terms of the GNU General Public License as published by
// the Free Software Foundation, either version 3 of the License,
// or any later version.
// This program is distributed in the hope that it will be useful,
// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
// GNU General Public License for more details.
// You should have received a copy of the GNU General Public License
// along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
// //////////////////// PRESENTATION DU PROGRAMME ////////////////////
// ——– Que fait ce programme ? ———
/* Cinq servomoteurs connectés à la carte Arduino sont contrôlés
à partir du PC (interface Processing)
servo[0] = rotation base du bras
servo[1] = inclinaison base du bras
servo[2] = articulation médiane du bras
servo[3] = inclinaison pince du bras
servo[4] = ouverture pince du bras
Controle par chaine de la forme : servo(i,000) avec i = indice du servomoteur et 000 = angle en degrés
== Fonctions disponibles en saisie depuis le Terminal série pour le controle du bras :
reset() : réinitialise position initiale du bras
vitesse(xxx) : paramétrage vitesse en ms – rapide = 5ms, lent 50ms, moyen 20ms
pas(xxx) : pas de psoitionnement en degrés. 1 degré par défaut
servo(i,xxx) : positionnement brut (et brutal…) d’un servomoteur à la valeur angle absolu
servoto(i,xxx) : positionnement progressif angle absolu
servotoR(i,xxx) : positionnement progressif angle relatif, valeur négative acceptée
servosBrasRSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx); positionnement synchronisé en angle relatif
servosBrasSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx); positionnement synchronisé en angle absolu
// pendant l’exécution de ces 2 fonctions, tous les angles intermédiaires des servomoteurs sont affichés dans le Terminal !
NB : les fonctions saisies depuis la fenetre Terminal supportent les valeurs négatives
NB2 : les valeurs numériques doivent etre saisies avec 3 chiffres – mettre 0 devant au besoin
*/
// — Fonctionnalités utilisées —
// Utilise / fonctionne avec une interface Processing coté PC
// Utilise 5 servomoteurs
// Utilise le stockage des variables en mémoire Flash Programme
// ——– Circuit à réaliser ———
// ******* ATTENTION : il est possible de connecter directement 2 ou 3 servomoteurs sur la carte Arduino (500mA maxi)
// au-delà utiliser une alimentation externe 5V
// connecter servo[0] = rotation base du bras sur la broche 6
// connecter servo[1] = inclinaison base du bras sur la broche 7
// connecter servo[2] = articulation médiane du bras sur la broche 8
// connecter servo[3] = inclinaison pince du bras sur la broche 9
// connecter servo[4] = ouverture pince du bras sur la broche 10
// /////////////////////////////// 1. Entête déclarative ///////////////////////
// A ce niveau sont déclarées les librairies incluses, les constantes, les variables, les objets utiles…
// — Déclaration des constantes —
// — Inclusion des librairies —
#include <Servo.h> // librairie pour servomoteur
#include <Flash.h> // Inclusion librairie pour stockage en mémoire Flash Programme
// Avant utilisation, il faut installer manuellement cette librairie
// dans le dossier <Libraries> du dossier Arduino
// infos : www.mon-club-elec.fr/pmwiki_reference_arduino/pmwiki.php?n=Main.LibrairieFlashProgramme
// — Déclaration des constantes utiles —
// const int APPUI=LOW; // constante pour tester état BP
//— Constantes utilisées avec le servomoteur
const int ANGLE_MIN=0; // angle position MIN en degrés
const int POS_MIN=550; // largeur impulsion pour position ANGLE_MIN degrés du servomoteur
// POS_MIN=550 pour ANGLE_MIN=0 avec un futaba S3003
const int ANGLE_MAX=172; // angle position MAX en degrés
int POS_MAX=2400; // largeur impulsion pour position ANGLE_MAX degrés du servomoteur
// POS_MAX=2400 pour ANGLE_MAX=172 pour futaba S3003
// pour étalonner un servomoteur, voir la page :
//https://www.mon-club-elec.fr/pmwiki_mon_club_elec/pmwiki.php?n=MAIN.ArduinoExpertSerieDepuisPCPositionServomoteur
// — Déclaration des constantes des broches E/S numériques —
const int nbServos=5; // constante du nombre de servomoteurs
const int brocheServo[nbServos]={6,7,8,9,10}; // Tableau de constantes de broche
const float angleInitServo[nbServos]={90,120,10,10,45}; // tableau de constante de position initiale du servo en degrés
// — Déclaration des constantes des broches analogiques —
// — Déclaration des variables globales —
int octetReception=0; // variable de stockage des valeurs reçues sur le port Série
long nombreReception=0; // variable de stockage du nombre reçu sur le port Série
long nombreReception0=0; // variable de stockage du dernier nombre reçu sur le port Série
String chaineReception=« »; // déclare un objet String vide pour reception chaine
int valeur=0; // variable utile
long param=0; // paramètre transmis
long params[5]; // tableau de paramètres pour instructions à paramètres multiples
//—- initialisation valeur angles —
float angleServo[nbServos]={90,90,90,90,90}; // tableau de variables de position du servo en degrés
float angle0Servo[nbServos]={90,90,90,90,90}; // tableau de variable de la dernière position du servo en degrés
int vitesse=10; // variable utilisée pour délai entre 2 positionnement servomoteur
int pas=20; // variable globale fixant nombre de pas pour positionnement progressif « to »
int compt=0; // variable util e
int pause=250; // variable utile
// — Déclaration des objets utiles pour les fonctionnalités utilisées —
//— Création objet servomoteur
Servo servo[nbServos]; // crée un tableau d’objet servomoteur
// ////////////////////////// 2. FONCTION SETUP = Code d’initialisation //////////////////////////
// La fonction setup() est exécutée en premier et 1 seule fois, au démarrage du programme
void setup() { // debut de la fonction setup()
// — ici instructions à exécuter 1 seule fois au démarrage du programme —
// ——- Initialisation fonctionnalités utilisées ——-
Serial.begin(115200); // initialise connexion série à 115200 bauds
// IMPORTANT : régler le terminal côté PC avec la même valeur de transmission
//— Initialisation Servomoteur
// cf la dernière valeur utilisée avec write (ou writmicrosecond )est utilisée pour positionner les servomoteurs initialement
//— position 90 par défaut à l’attache de la broche si rien de précisé ..
//———- initialisation des servomoteurs ———
for (int i=0; i<nbServos; i++) { // passe en revue les n servomoteurs
//—- position initiale servo i —
servo[i].writeMicroseconds(angle(angleInitServo[i])); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
//— on positionne avant d’attacher le servomoteur à la broche sinon l’angle 90° est utilisé par défaut…
servo[i].attach(brocheServo[i]); // attache l’objet servo à la broche de commande du servomoteur
//— attention le positionnement initial est « brutal »
//servoTo( servo1, angle0Servo1, angleInitServo1, vitesse, 1); //— positionnement progressif par pas fixe de 1 degré —
angle0Servo[i]=angleInitServo[i];
} // fin for i initialisation
// ——- Broches en sorties numériques ——-
// ——- Broches en entrées numériques ——-
// ——- Activation si besoin du rappel au + (pullup) des broches en entrées numériques ——-
// ——- Initialisation des variables utilisées ——-
//——– initialisation des broches ——
// ——- Codes d’initialisation utile ——-
//—————- code exemple pour présension balle entre 2 positions – version lente—-
/*
vitesse=15; // vitesse de positionnement initial rapide
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(90,30,45,10,45); // baisse par dessus pince ouverte
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(90,30,45,10,85); // idem ferme pince
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(90,120,10,10,85); // position initiale pince fermée
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(70,20,20,130,85); // pose pince fermée
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(70,20,20,130,45); // pose pince ouverte
delay(1000);
servosBrasSyncIndice(90,120,10,10,85); // position initiale pince fermée
*/
//—————- code exemple pour présension balle entre 2 positions – version rapide—-
/*
vitesse=2; // vitesse de positionnement initial rapide
delay(500);
servosBrasSyncIndice(90,30,45,10,45); // baisse par dessus pince ouverte
delay(500);
servosBrasSyncIndice(90,30,45,10,85); // idem ferme pince
delay(500);
servosBrasSyncIndice(90,120,10,10,85); // position initiale pince fermée
delay(500);
servosBrasSyncIndice(70,20,20,130,85); // pose pince fermée
delay(500);
servosBrasSyncIndice(70,20,20,130,45); // pose pince ouverte
delay(500);
servosBrasSyncIndice(90,120,10,10,85); // position initiale pince fermée
*/
} // fin de la fonction setup()
// ********************************************************************************
////////////////////////////////// 3. FONCTION LOOP = Boucle sans fin = coeur du programme //////////////////
// la fonction loop() s’exécute sans fin en boucle aussi longtemps que l’Arduino est sous tension
void loop(){ // debut de la fonction loop()
//—- code type réception chaine sur le port série —
while (Serial.available()>0) { // tant qu’un octet en réception
octetReception=Serial.read(); // Lit le 1er octet reçu et le met dans la variable
if (octetReception==10) { // si Octet reçu est le saut de ligne
Serial.print (F(« Chaine recue= »)),Serial.print(chaineReception); // affiche la chaine recue
analyseChaine(chaineReception); // appelle la fonction d’analyse de la chaine en réception
chaineReception=« »; //RAZ le String de réception
break; // sort de la boucle while
}
else { // si le caractère reçu n’est pas un saut de ligne
chaineReception=chaineReception+char(octetReception); // ajoute le caratère au String
}
} // fin tant que octet réception
//—– une fois que le saut de ligne est reçu, on sort du While et on se positionne ici
//————- fin analyse chaine —————
} // fin de la fonction loop() – le programme recommence au début de la fonction loop sans fin
// ********************************************************************************
// ////////////////////////// FONCTIONS DE GESTION DES INTERRUPTIONS ////////////////////
// ////////////////////////// AUTRES FONCTIONS DU PROGRAMME ////////////////////
//————- fonction calibrage impulsion servomoteur à partir valeur angle en degrés
//——- mieux avec float —–
float angle(float valeur_angle) {
float impuls=0;
impuls=map(valeur_angle,ANGLE_MIN,ANGLE_MAX,POS_MIN, POS_MAX);
return impuls;
} // fin fonction impulsion servomoteur
//————- fonction d’analyse de la chaine reçue sur le port série —-
//———— analyseChaine —————
void analyseChaine(String chaineRecue) { // fonction d’analyse de la chaine recue
// —- analyse de la chaine recue sur le port Série —-
chaineReception=chaineReception.trim(); // enlève les espaces
//xxxxxxxxxxxxxxxxxxx instructions sans paramètres xxxxxxxxxxxx
if (chaineReception==« reset() ») { // si instruction reçue
reset(); // exécute instruction si valide
}
//xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx instructions avec paramètres xxxxxxxxxxxxxxx
// info : la valeur numérique extraite par testInstruction() est stockée dans variable globale param
//================= instructions paramètres généraux =============
//————– test instruction pas(xxx) ———–
if (testInstruction(« pas(« )==true) { // si instruction reçue valide
pas=param; // change valeur pas
Serial.print(F(« pas = « )), Serial.println(pas);
} // fin test pas(xxx)
//————– test instruction vitesse(xxx) ———–
if (testInstruction(« vitesse(« )==true) { // si instruction reçue valide
vitesse=param; // change valeur vitesse (= durée delay en ms)
Serial.print(F(« vitesse = « )), Serial.println(vitesse);
} // fin test vitesse(xxx)
//————— test instruction servosBrasRSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx) – position relative synchronisé
if (testInstruction2(« servosBrasRSync(« ,5)==true) { // si instruction avec 5 paramètres reçue valide
//void servosRobotRSync( float S1, float S2, float S3, float S4, float S5) // reçoit les angles absolus des servomoteurs
servosBrasRSyncIndice(float(params[0]),float(params[1]),float(params[2]),float(params[3]), float(params[4])); // positionnement synchronisé des servomoteurs
// le nombre paramètres doit correspondre à la variable nbServos (nombre de servomoteurs)
Serial.print(F(« servosBrasRSync(« )), Serial.print(params[0]),Serial.print(« , »), Serial.print(params[1]),Serial.print(« , »);
Serial.print(params[2]),Serial.print(« , »), Serial.print(params[3]), Serial.print(« , »),Serial.print(params[4]), Serial.print(F(« ) »));
} // fin test servoBrasRSync
//————— test instruction servosBrasSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx) – position absolue synchronisé
if (testInstruction2(« servosBrasSync(« ,5)==true) { // si instruction avec 5 paramètres reçue valide
//void servosRobotRSync( float S1, float S2, float S3, float S4, float S5) // reçoit les angles absolus des servomoteurs
servosBrasSyncIndice(float(params[0]),float(params[1]),float(params[2]),float(params[3]), float(params[4])); // positionnement synchronisé des servomoteurs
// le nombre paramètres doit correspondre à la variable nbServos (nombre de servomoteurs)
Serial.print(F(« servosBrasSync(« )), Serial.print(params[0]),Serial.print(« , »), Serial.print(params[1]),Serial.print(« , »);
Serial.print(params[2]),Serial.print(« , »), Serial.print(params[3]), Serial.print(« , »),Serial.print(params[4]), Serial.print(F(« ) »));
} // fin test servoBrasSync
//================ instructions servo i =========
//————– test instruction servo(i,xxx) ———– // positionnement brut immédiat
if (testInstruction2(« servo(« ,2)==true) { // si instruction avec 2 paramètres reçue valide
//format instruction (numéro servo, valeur angle absolu )
// param[0] est le numéro du servomoteur, param[1] est la valeur de l’angle
servo[params[0]].writeMicroseconds(angle(params[1])); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
angleServo[params[0]]=params[1]; // mémorise angle actuel
} // fin test servo1(xxx)
//————– test instruction servoto(i,xxx) ———– // positionnement progressif absolu
if (testInstruction2(« servoto(« ,2)==true) { // si instruction avec 2 paramètres reçue valide
//format instruction (numéro servo, valeur angle absolu )
// param[0] est le numéro du servomoteur, param[1] est la valeur de l’angle
// void servoTo( Servo toServo, float fromAngle, float toAngle, int toVitesse, int toPas)
servoTo( servo[params[0]], angle0Servo[params[0]], params[1], vitesse, 1); //— positionnement progressif par pas fixe de 1 degré —
angle0Servo[params[0]]=params[1]; // met à jour l’angle courant servo avec valeur extraite par testInstruction()
Serial.print(F(« angle0Servo »)), Serial.print(params[0]),Serial.print(F( » = « )), Serial.println(angle0Servo[params[0]]);
} // fin test servo1to(xxx)
//————– test instruction servo1toR(i,xxx) ———– // positionnement progressif relatif
if (testInstruction2(« servotoR(« ,2)==true) { // si instruction avec 2 paramètres reçue valide
// if (testInstruction(« servo1toR(« )==true) { // si instruction reçue valide
// void servoToR( Servo toServo, float fromAngle, float toAngle, int toVitesse, int toPas)
servoToR( servo[params[0]], angle0Servo[params[0]], params[1], vitesse, 1); //— positionnement progressif par pas fixe de 1 degré —
angle0Servo[params[0]]=angle0Servo[params[0]]+params[1]; // met à jour l’angle courant servo avec valeur extraite par testInstruction()
Serial.print(F(« angle0Servo »)), Serial.print(params[0]),Serial.print(F( » = « )), Serial.println(angle0Servo[params[0]]);
} // fin test servo1toR(xxx)
} // —————- fin fonction analyse chaine ———————-
//————— testInstruction : test si instruction de la forme instruction(xxx) ————
boolean testInstruction(String chaineTest) { // reçoit chaine et renvoie true si instruction valide
long posRef=chaineTest.length();// position de référence pour analyse (xxx)
if (chaineReception.substring(0,posRef)==chaineTest) { // si reçoit l’instruction chaineTest(000)
// nb substring : dernier caractere exclu
Serial.print(F(« Arduino va executer : « ));
Serial.print(chaineTest); // affiche
if (chaineReception.substring(posRef,posRef+1)==« -« ) { // si signe – présent on décale de 1 position la prise en compte du nombre xxx
param=(–1)*stringToLong(chaineReception.substring(posRef+1,posRef+4)); // extraction valeur 3 chiffres à partir caractères et * par -1
posRef=posRef+1; // modif valeur posRef
} // fin if
else { // si pas de signe –
param=stringToLong(chaineReception.substring(posRef,posRef+3)); // extraction valeur 3 chiffres à partir caractères
} // fin else
Serial.print(param); // affiche
if (chaineReception.substring(posRef+3,posRef+4)==« ) ») { // si fermeture parenthèse = instruction valide
Serial.println(F(« ) »)); // affiche
Serial.println(F(« Instruction valide ! »)); // affiche
return(true); // renvoie true si instruction valide
} // fin si fermeture parenthèse
else {
Serial.println(F(« Instruction invalide ! »)); // affiche
return(false); // renvoie false si instruction invalide
} // fin else
} // fin si reçoit l’instruction chaineTest(000)
} // fin fonction testInstruction
//——————- fin test instruction ————
//————— testInstruction2 : test si instruction de la forme instruction(xxx, xxx, xxx, xxx, xxx) ou moins ————
boolean testInstruction2(String chaineTest, int nbParam) { // reçoit chaine et renvoie true si instruction valide
long posRef=chaineTest.length();// position de référence pour analyse (xxx)
if (chaineReception.substring(0,posRef)==chaineTest) { // si reçoit l’instruction chaineTest(000)
// nb substring : dernier caractere exclu
Serial.print(F(« Arduino va executer : « ));
Serial.print(chaineTest); // affiche
for (int i; i<nbParam; i++) { // défile les n paramètres
if (chaineReception.substring(posRef,posRef+1)==« -« ) { // si signe – présent on décale de 1 position la prise en compte du nombre xxx
posRef=posRef+1; // modif valeur posRef
params[i]=(–1)*stringToLong(chaineReception.substring(posRef,posRef+3)); // extraction valeur 3 chiffres à partir caractères et * par -1
} // fin if
else { // si pas de signe –
params[i]=stringToLong(chaineReception.substring(posRef,posRef+3)); // extraction valeur 3 chiffres à partir caractères
} // fin else
Serial.print(params[i]); // affiche
if (chaineReception.substring(posRef+3,posRef+4)==« , ») { // si parenthèse attendue présente
Serial.print(« , »); // affiche
posRef=posRef+4; //décale position de référence de 4 caractères pour prise en compte nouvelle valeur
} // fin if « , »
} // fin for nbParam
if (chaineReception.substring(posRef+3,posRef+4)==« ) ») { // si fermeture parenthèse = instruction valide
Serial.println(F(« ) »)); // affiche
Serial.println(F(« Instruction valide ! »)); // affiche
return(true); // renvoie true si instruction valide
} // fin si fermeture parenthèse
else {
Serial.println(F(« Instruction invalide ! »)); // affiche
return(false); // renvoie false si instruction invalide
} // fin else
} // fin si reçoit l’instruction chaineTest(000)
} // fin fonction testInstruction2
//——————- fin test instruction2 ————
// ———- fonction de conversion d’un String numérique en long
long stringToLong(String chaineLong) { // fonction conversion valeur numérique String en int
long nombreLong=0; // variable locale
int valeurInt=0; // variable locale
for (int i=0; i<chaineLong.length(); i++) { // défile caractères de la chaine numérique
valeurInt=chaineLong.charAt(i); // extrait le caractère ASCII à la position voulue – index 0 est le 1er caractère
valeurInt=valeurInt–48; // obtient la valeur décimale à partir de la valeur ASCII
if (valeurInt>=0 && valeurInt<=9) { // si caractère est entre 0 et 9
nombreLong=(nombreLong*10)+valeurInt;
} // fin si caractère est entre 0 et 9
} // fin for défile caractères
return (nombreLong); // renvoie valeur numérique
} // ———- fin stringToLong ————
//— fonction de positionnement progressif du servomoteur par pas fixe —–
void servoTo( Servo toServo, float fromAngle, float toAngle, int toVitesse, int toPas) {
//— positionnement progressif par pas fixe de 1 degré —
int delta=toAngle–fromAngle; // variation d’angle
Serial.print(F(« delta = « )), Serial.println(delta);
if (delta>=0) { // si variation positive
for (int i=0; i<delta; i++) { // defile n positions pour atteindre angle final dans sens positif
fromAngle=fromAngle+1; // ajoute cran
toServo.writeMicroseconds(angle(fromAngle)); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
//Serial.print(« angle courant servo = « ), Serial.println(fromAngle);
delay(vitesse); // pause entre chaque positionnement
} // fin for
} // fin if
else { // si variation négative
for (int i=-delta; i>0; i—) { // defile n positions pour atteindre angle final dans sens négatif
fromAngle=fromAngle–1; // ajoute cran
toServo.writeMicroseconds(angle(fromAngle)); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
//Serial.print(« angle courant servo = « ), Serial.println(fromAngle);
delay(vitesse); // pause entre chaque positionnement
} // fin for
} // fin else
}
//— fonction de positionnement progressif du servomoteur par pas fixe – angle relatif à la position courante —–
void servoToR( Servo toServo, float fromAngle, float toAngle, int toVitesse, int toPas) {
//— positionnement progressif par pas fixe de 1 degré —
int delta=toAngle; // variation d’angle correspond à l’angle transmis
Serial.print(F(« delta = « )), Serial.println(delta);
if (delta>=0) { // si variation positive
for (int i=0; i<delta; i++) { // defile n positions pour atteindre angle final dans sens positif
fromAngle=fromAngle+1; // ajoute cran
toServo.writeMicroseconds(angle(fromAngle)); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
//Serial.print(« angle courant servo = « ), Serial.println(fromAngle);
delay(vitesse); // pause entre chaque positionnement
} // fin for
} // fin if
else { // si variation négative
for (int i=-delta; i>0; i—) { // defile n positions pour atteindre angle final dans sens négatif
fromAngle=fromAngle–1; // ajoute cran
toServo.writeMicroseconds(angle(fromAngle)); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
//Serial.print(« angle courant servo = « ), Serial.println(fromAngle);
delay(vitesse); // pause entre chaque positionnement
} // fin for
} // fin else
} // fin fonction servoToR
//————- Fonctions positionnement synchronisé avec indices servomoteurs ——————-
//———— fonction de positionnement synchronisé des servomoteurs du robot en poosition absolue ——
void servosBrasSyncIndice( float S1, float S2, float S3, float S4, float S5) { // reçoit les angles absolus des servos
//————- tableaux de valeurs utilisés par la fonction —
float S[nbServos]={S1,S2,S3,S4,S5}; // tableau de valeurs utilisant les paramètres reçus par la fonction
float deltaS[nbServos]; // tableau de valeurs pour la différence entre l’angle courant et l’angle cible (deltas)
float absDeltaS[nbServos]; // tableau de valeurs pour valeur absolues des deltas
float cranS[nbServos]; // tableau de valeurs pour calcul des crans d’incrémentation pour chaque servomoteur
//—- variables utilisées par la fonction
float deltaMax=0; //—— la plus grande valeur absolue des deltas
//——— calcul de la variation d’angle pour chaque servomoteur
for (int i=0; i<nbServos; i++){
deltaS[i]=S[i]–angle0Servo[i]; // — calcule la différence entre l’angle courant et l’angle cible du servo i
absDeltaS[i]=abs(deltaS[i]); // calcul de la valeur absolue du delta du servo i
//— calculé ici pour éviter d’utiliser fonctions dans fonction max() – cf Référence
//—— calcul du deltaMax = la plus grande valeur absolue des delta
deltaMax=max(deltaMax, absDeltaS[i]); // après tous les passages, la valeur la plus grande est conservée
}
Serial.print(F(« deltaMax = « )), Serial.println(deltaMax); // affiche deltaMax
// ———- calcul des crans d’incrémentation pour chaque servomoteur —-
//— utilise delta avec signe +/- —
for (int i=0; i<nbServos; i++){
cranS[i]=deltaS[i]/deltaMax; // divise delta / nombre de pas à effectuer par le servomoteur i
Serial.print(F(« cranS[« )), Serial.print(i), Serial.print(F(« ] = « )), Serial.println(cranS[i]);
//——– réinitialise variable angle courant des servomoteurs —-
//- évite de modifier angle0Servo lors des calculs
angleServo[i]=angle0Servo[i];
} // fin for i nbServos
//———– défile les deltaMax positions et positionne les servomoteurs ————–
for (int j=0; j<deltaMax; j++) { // parcourt les deltaMax crans
for (int i=0; i<nbServos; i++){ // défile les n servomoteurs
//———- servomoteur i
angleServo[i]=angleServo[i]+cranS[i]; // ajoute cran
servo[i].writeMicroseconds(angle(angleServo[i])); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
Serial.print(F( » / S »)),Serial.print(i), Serial.print(F( » = « )), Serial.print(angleServo[i]);
} // fin for i nbServos
//————– pause vitesse entre 2 positionnement des servomoteurs pour mouvement progressif
Serial.println();
delay(vitesse); // pause après positionnement de tous les servomoteurs
} // fin for j deltaMax
//————- mise à jour variable des angles courants ——————
//— en se basant sur valeur angle de départ et delta —
//— le résultat doit correspondre à celui obtenu par calculs précédents
for (int i=0; i<nbServos; i++){ // défile les n servomoteurs
angle0Servo[i]=S[i]; // nouvel angle du servomoteur i
Serial.print(F( » / S »)),Serial.print(i), Serial.print(F(« 0 = « )), Serial.print(angle0Servo[i]);
} // fin for i nbServos
Serial.println();
} // fin servosRobotSyncIndice – fonction de positionnement synchronisé – angles en valeur absolue
//———— fonction de positionnement synchronisé des servomoteurs du robot en position relative ——
void servosBrasRSyncIndice(float S1, float S2, float S3, float S4, float S5) { // reçoit les angles relatifs des servos
//———— le nombre d’angle reçus par la fonction doit correspondre aux nombres de servomoteurs – constante nbServos
//————- tableaux de valeurs utilisés par la fonction —
float S[nbServos]={S1,S2,S3,S4,S5}; // tableau de valeurs utilisant les paramètres reçus par la fonction
float deltaS[nbServos]; // tableau de valeurs pour la différence entre l’angle courant et l’angle cible (deltas)
float absDeltaS[nbServos]; // tableau de valeurs pour valeur absolues des deltas
float cranS[nbServos]; // tableau de valeurs pour calcul des crans d’incrémentation pour chaque servomoteur
//—- variables utilisées par la fonction
float deltaMax=0; //—— la plus grande valeur absolue des deltas
//——— calcul de la variation d’angle pour chaque servomoteur
for (int i=0; i<nbServos; i++){
deltaS[i]=S[i]; // — le delta est l’angle relatif envoyé à la fonction du servo i
absDeltaS[i]=abs(deltaS[i]); // calcul de la valeur absolue du delta du servo i
//— calculé ici pour éviter d’utiliser fonctions dans fonction max() – cf Référence
//—— calcul du deltaMax = la plus grande valeur absolue des delta
deltaMax=max(deltaMax, absDeltaS[i]); // après tous les passages, la valeur la plus grande est conservée
}
Serial.print(F(« deltaMax = « )), Serial.println(deltaMax); // affiche deltaMax
// ———- calcul des crans d’incrémentation pour chaque servomoteur —-
//— utilise delta avec signe +/- —
for (int i=0; i<nbServos; i++){
cranS[i]=deltaS[i]/deltaMax; // divise delta / nombre de pas à effectuer par le servomoteur i
Serial.print(F(« cranS[« )), Serial.print(i), Serial.print(F(« ] = « )), Serial.println(cranS[i]);
//——– réinitialise variable angle courant des servomoteurs —-
//- évite de modifier angle0Servo lors des calculs
angleServo[i]=angle0Servo[i];
} // fin for i nbServos
//———– défile les deltaMax positions et positionne les servomoteurs ————–
for (int j=0; j<deltaMax; j++) { // parcourt les deltaMax crans
for (int i=0; i<nbServos; i++){ // défile les n servomoteurs
//———- servomoteur i
angleServo[i]=angleServo[i]+cranS[i]; // ajoute cran
servo[i].writeMicroseconds(angle(angleServo[i])); // crée impulsion à partir valeur angle – plus précis que write()
Serial.print(F( » / S »)),Serial.print(i), Serial.print(F( » = « )), Serial.print(angleServo[i]);
} // fin for i nbServos
//————– pause vitesse entre 2 positionnement des servomoteurs pour mouvement progressif
Serial.println();
delay(vitesse); // pause après positionnement de tous les servomoteurs
} // fin for j deltaMax
//————- mise à jour variable des angles courants ——————
//— en se basant sur valeur angle de départ et delta —
//— le résultat doit correspondre à celui obtenu par calculs précédents
for (int i=0; i<nbServos; i++){ // défile les n servomoteurs
angle0Servo[i]=angle0Servo[i]+S[i]; // S[i]
Serial.print(F( » / S »)),Serial.print(i), Serial.print(F(« 0 = « )), Serial.print(angle0Servo[i]);
} // fin for i nbServos
Serial.println();
} // fin servosRobotRSyncIndice – fonction de positionnement synchronisé
//———— fonction Reset —————
void reset(void) {
servosBrasSyncIndice(angleInitServo[0],angleInitServo[1],angleInitServo[2],angleInitServo[3],angleInitServo[4]); // repositionne avec les angles initiaux
} // fin reset
// ////////////////////////// Fin du programme ////////////////////
9. Le programme complet en langage Processing
9.1 Ressources utiles
- Nécessite la librairie controlP5
9.2 Le code
A copier/coller directement dans l’éditeur Processing
// www.mon-club-elec.fr
// par X. HINAULT – Juillet -Aout 2011 – tous droits réservés
/////////////// Description du programme ////////////
// Utilise la souris
// Utilise le clavier
// Utilise la librairie GUI controlP5
// Utilise un/des bouton(s) simple(s) (Button)
// Utilise un/des champ(s) texte (Textfield)
// Utilise une/des fenetres supplémentaires
/*
Calcul des angles d’un bras robotisé à 3 segments :
Positionnement du bras à la souris
Positionnement du bras par saisie position dans champ texte
Utilise calcul par théorème de Al-Kashi
Voir : http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_d%27Al-Kashi
*/
// XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX ENTETE DECLARATIVE XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
// inclusion des librairies utilisées
import processing.serial.*; // importe la librairie série processing
import controlP5.*; // importe la librairie GUI controlP5
// cette librairie doit être présente dans le répertoire /libraries du répertoire Processing
// voir ici : http://www.sojamo.de/libraries/controlP5/
// déclaration objets
Serial myPort; // variable désignant le port série
//—– objets controlP5
ControlP5 controlP5; // déclare un objet principal de la librairie GUI controlP5
Button gotoButton; // déclare objet Button
Button ramasseButton; // déclare objet Button
Textfield positionText; // déclare des objets Textfield
//ControlWindow cw1; // déclare un/des objet fenetre ControlWindow
// déclaration variables globales
int xmin, xmax, ymin, ymax; // coordonnées de la zone à tester
float xCalc,yCalc, angle0, angle; // variables utiles
float Xmin=-2, Xmax=30.0; // abscisses limites du graphe
float Ymin=-2, Ymax=20.0; // ordonnées limites du graphe
// pour un tracé équilibré, il faut que Xmin-Xmax=Ymin-Ymax
//=============== variables globales de position utiles pour le bras robotisé ================
// le bras est constitué de 3 segments
// P1(x1,y1) – connu – est la base des 3 segments du bras robotisé
// P2(x2,y2) – à calculer – est le 2ème point du bras, séparé de P1 par la distance r1 (longueur du 1er segment)
// P3(x3,y3) – à calculer – est le 3ème point du bras, séparé de P2 par la distance r2 (longueur du 2ème segment)
// P(x,y) – connu – est le 4ème point du bras, séparé de P3 par la distance r3
// ==> P est le point cible correspondant à l’objet à saisir / centre de la pince
//— paramètres mécaniques —
float decalageXBras=3; // espace entre x1 et début zone graduée (bord base du bras)
float espaceMortX=5.5; // zone graduée inactive entre bras et zone graduée active
float zoneActiveX=18.0; // longueur graduée active au delà de l’espace mort
String angleBaseRamasse=« 170 »; // angle pour lacher les balles
String angleBaseFace=« 083 »; // angle axe bras en face
boolean positionInitiale=true; // drapeau de position initiale – vrai au démarrage
//passe à false après positionnement – repasse à true en position initiale
//— les points du bras —
float x1=0.0, y1=5.5; // coordonnées du point P1(x1,y1) – axe du servo 1 – connu
float x2, y2; // coordonnées du point P2(x2,y2) – axe du servo 2 – à calculer
float x3, y3; // coordonnées du point P3(x3,y3) – axe du servo 3 – à calculer
float x=26.0, y=0.0; // coordonnées du point P(x,y) – point central de la pince – connu = position de l’objet – sur axe des abscisses
//— les segments du bras —
float r1=12.5;// longueur du 1er segment P1,P2 – connu
float r2=6.8; // longueur du 2ème segment P2,P3 – connu
float r3=8.8; // longueur du 3ème segment P3,P – connu
float r4; // longueur du segment P2,P – à calculer
float r; // longueur du segment P1,P – à calculer
//— les angles utiles du bras —
// les angles sont exprimés en radians par défaut
//— angles utiles pour le point P1(x1,y1)
float angleAlpha; // angle du servomoteur 1 – à calculer
float angleAlpha1; // angle pour calcul – à calculer
float angleAlpha2; // angle pour calcul – à calculer
float angleDeltaAlpha; // angle pour calcul – à calculer
//— angles utiles pour le point P2(x2,y2)
float angleBeta; // angle du servomoteur 2- à calculer
float angleBeta1; // angle pour calcul – à calculer
float angleBeta2; // angle pour calcul – à calculer
//— angles utiles pour le point P3(x3,y3)
float angleGamma; // angle du servomoteur 3 – à calculer
float angleGamma1; // angle pour calcul – à calculer
//— autres variables utiles —
float deltaX, deltaY; // variation X,Y des points P(x,y) et P1(x1,y1) – à calculer
float k=0.75; // coeff pour calcul aplha2 à partir deltaAlpha – connu
//============= fin des variables globales de position utiles pour le bras robotisé =============
//—- variable pour angle réel des servomoteurs —
int[] angleServo=new int[5]; // tableau pour angles des servomoteurs
//—— déclaration des variables de couleur utiles —-
int jaune=color(255,255,0);
int vert=color(0,255,0);
int rouge=color(255,0,0);
int bleu=color(0,0,255);
int noir=color(0,0,0);
int blanc=color(255,255,255);
int bleuclair=color(0,255,255);
int violet=color(255,0,255);
// XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Fonction SETUP XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
void setup(){ // fonction d’initialisation exécutée 1 fois au démarrage
// —- initialisation paramètres graphiques utilisés
colorMode(RGB, 255,255,255); // fixe format couleur R G B pour fill, stroke, etc…
fill(0,0,255); // couleur remplissage RGB – noFill() si pas de remplissage
stroke (0,0,0); // couleur pourtour RGB – noStroke() si pas de pourtour
rectMode(CORNER); // origine rectangle : CORNER = coin sup gauche | CENTER : centre
imageMode(CORNER); // origine image : CORNER = coin sup gauche | CENTER : centre
ellipseMode(CENTER); // origine cercles / ellipses : CENTER : centre (autres : RADIUS, CORNERS, CORNER
//strokeWeight(0); // largeur pourtour
frameRate(5);// Images par seconde
smooth();
// — initialisation fenêtre de base —
size(640, 480); // ouvre une fenêtre xpixels x ypixels
background(blanc); // couleur fond fenetre
// — initialisation des objets et fonctionnalités utilisées —
//————- initialisation port série —-
println(Serial.list()); // affiche dans la console la liste des ports séries
// Vérifier que le numéro du port série utilisé est le meme que celui utilisé avec Serial.list()[index]
myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 115200); // Initialise une nouvelle instance du port Série
//myPort = new Serial(this, « /dev/ttyUSB0 », 115200); // Initialise une nouvelle instance du port Série
myPort.bufferUntil(‘\n‘); // attendre arrivée d’un saut de ligne pour générer évènement série
//======== Initialisation Objets GUI ControlP5 =========
controlP5 = new ControlP5(this); // initialise l’objet principal de la librairie GUI controlP5
// typeObjet nomObjet=controlP5.addObjet(paramètres); // pour info : déclaration / initialisation possible en 1 ligne
// Textfield field = controlP5.addTextfield(« myWindowTextfield »,70,130,100,20); // exemple
// addButton(String theName, float theValue, int theX, int theY, int theW, int theH)
//======== Initialisation Objets Button =========
// setImages(PImage theImageDefault,PImage theImageOver, PImage theImageActive,PImage theImageHighlight)
// les images doivent etre de la meme taille que bouton, dans rép prog, type .jpg .png ..
// un toggle n’utilise que image Default, Over et Active
//b1.setImages(loadImage(« imageDefault.png »),loadImage(« imageOver.png »), loadImage(« imageActive.png »),loadImage(« imageDefault.png »));
//—- le bouton goto
gotoButton=controlP5.addButton(« gotoButton »,0,150,10,40,20); // initialise et ajoute un Button au ControlP5
gotoButton.setLabelVisible(true); // affichage des labels
gotoButton.setLabel(« GOTO »); // fixe label du bouton
gotoButton.setColorActive(color(255,0,0)); // fixe la couleur active
gotoButton.setColorForeground(color(0,255,255)); // fixe couleur avant
//—- le bouton ramasse
ramasseButton=controlP5.addButton(« ramasseButton »,0,200,10,40,20); // initialise et ajoute un Button au ControlP5
ramasseButton.setLabelVisible(true); // affichage des labels
ramasseButton.setLabel(« Ramasse ! »); // fixe label du bouton
ramasseButton.setColorActive(color(255,0,0)); // fixe la couleur active
ramasseButton.setColorForeground(color(0,255,255)); // fixe couleur avant
//======== Initialisation Objets Textfield =========
//—- champ texte saisie valeur position
positionText=controlP5.addTextfield(« positionText »,10,10,100,20); // initialise et ajoute un Textfield au ControlP5
positionText.setAutoClear(false); // autoeffacement après return
positionText.setValue(« 10 »); // initialise Texte du champ
positionText.setLabelVisible(true); // affichage des labels
positionText.setLabel(« Position en cm (8.5-26.5cm) »); // fixe label
positionText.setColorActive(color(255,0,0)); // fixe la couleur active
positionText.setColorForeground(color(0,255,255)); // fixe couleur avant
positionText.setColorCaptionLabel(bleu); // couleur label
//—— code initialisation utile —-
//—- calcul initial des variables globales de position du bras robotisé —
calculAngles(x, y); // calcul des variables globales de position du bras robotisé à partir coordonnées du point cible
//———— dessin initial ————-
traceBras(); // tracé initial du Bras robotisé 3 segments
//—- test de calcul —-
//println(« xLine= »+xLinePolaireRad(2,3,5.83,radians(56.31),radians(25.35)));//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
//println(« yLine= »+yLinePolaireRad(2,3,5.83,radians(56.31),radians(25.35)));//yLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
} // fin fonction Setup
// XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Fonction Draw XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
void draw() { // fonction exécutée en boucle
// tout se passe dans les fonctions évènements souris et bouton ControlP5
} // fin de la fonction draw()
// XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Autres Fonctions XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
//pour les fonctions de conversion, on considère que le point 0,0 est le coin inf gauche de la fenêtre
// important dans le cas de y
//—– Conversion xCmtoPixel() —–
float xCmtoPixel(float xIn) {
float xOut;
xOut=map(xIn,Xmin,Xmax,0,width);
return (xOut);
}
//—– Conversion yCmtoPixel() —–
float yCmtoPixel(float yIn) {
float yOut;
yOut=map(yIn,Ymin,Ymax,0,height);
yOut=height–yOut;
return (yOut);
}
//—– Conversion xPixeltoCm() —–
float xPixeltoCm(float xIn) {
float xOut;
xOut=map(xIn,0,width,Xmin,Xmax);
return (xOut);
}
//—– Conversion yPixeltoCm() —–
float yPixeltoCm(float yIn) {
float yOut;
yIn=height+yIn;
yOut=map(yIn,0,height,Ymin,Ymax);
return (yOut);
}
//————- Fonction de gestion des évènements série —-
void serialEvent (Serial myPort) { // fonction appelée lors de la survenue d’un évènement série
// ******** Gestion de la valeur reçue sur le port série : **********
String inString = myPort.readStringUntil(‘\n‘); // chaine stockant la chaîne reçue sur le port Série
// saut de ligne en marque de fin
if (inString != null) { // si la chaine recue n’est pas vide
print (inString); // affichage brut de la chaine recue
} // fin condition chaine recue pas vide
} // fin de la fonction de gestion des évènements Série
//===================== Fonction de calcul des angles : calculAngles(float xIn, float yIn) ================
// Cette fonction utilise les variables globales de position du bras robotisé suivantes :
/*
//=============== variables globales de position utiles pour le bras robotisé ================
// le bras est constitué de 3 segments
// P1(x1,y1) – connu – est la base des 3 segments du bras robotisé
// P2(x2,y2) – à calculer – est le 2ème point du bras, séparé de P1 par la distance r1 (longueur du 1er segment)
// P3(x3,y3) – à calculer – est le 3ème point du bras, séparé de P2 par la distance r2 (longueur du 2ème segment)
// P(x,y) – connu – est le 4ème point du bras, séparé de P3 par la distance r3
// ==> P est le point cible correspondant à l’objet à saisir / centre de la pince
//— les points du bras —
float x1=0.0, y1=5.5; // coordonnées du point P1(x1,y1) – axe du servo 1 – connu
float x2, y2; // coordonnées du point P2(x2,y2) – axe du servo 2 – à calculer
float x3, y3; // coordonnées du point P3(x3,y3) – axe du servo 3 – à calculer
float x=26.0, y=0.0; // coordonnées du point P(x,y) – point central de la pince – connu = position de l’objet – sur axe des abscisses
//— les segments du bras —
float r1=12.5;// longueur du 1er segment P1,P2 – connu
float r2=6.8; // longueur du 2ème segment P2,P3 – connu
float r3=8.8; // longueur du 3ème segment P3,P – connu
float r4; // longueur du segment P2,P – à calculer
float r; // longueur du segment P1,P – à calculer
//— les angles utiles du bras —
// les angles sont exprimés en radians par défaut
//— angles utiles pour le point P1(x1,y1)
float angleAlpha; // angle du servomoteur 1 – à calculer
float angleAlpha1; // angle pour calcul – à calculer
float angleAlpha2; // angle pour calcul – à calculer
float angleDeltaAlpha; // angle pour calcul – à calculer
//— angles utiles pour le point P2(x2,y2)
float angleBeta; // angle du servomoteur 2- à calculer
float angleBeta1; // angle pour calcul – à calculer
float angleBeta2; // angle pour calcul – à calculer
//— angles utiles pour le point P3(x3,y3)
float angleGamma; // angle du servomoteur 3 – à calculer
float angleGamma1; // angle pour calcul – à calculer
//— autres variables utiles —
float deltaX, deltaY; // variation X,Y des points P(x,y) et P1(x1,y1) – à calculer
float k=0.75; // coeff pour calcul aplha2 à partir deltaAlpha – connu
//============= fin des variables globales de position utiles pour le bras robotisé =============
*/
void calculAngles(float xIn, float yIn) { // la fonction reçoit les coordonnées à utiliser pour le point P
//———— coordonnées du point P(x,y) de référence
x=xIn; // utilise xIn comme abscisse du point P ( x est une variable globale )
y=yIn; // utilise yIn comme ordonnée du point P (y est un variable globale)
//————- séquence de calcul des angles à partir de x,y —-
//—– calcul de deltaX et deltaY —-
deltaX=x–x1;
println (« deltaX= »+deltaX);
deltaY=y–y1;
println (« deltaY= »+deltaY);
//—- calcul angle alpha1
angleAlpha1=abs(atan(deltaX/deltaY));
println (« alpha1= »+degrees(angleAlpha1));
//—- calcul de r —-
r=sqrt(pow(deltaX,2)+pow(deltaY,2));
println (« r= »+r);
//— calcul de delta Alpha —
angleDeltaAlpha=calculAngleRadAlKashi(r1,r,r2+r3); // float calculAngleRadAlKashi( float adj1, float adj2, float opp)
println (« delta alpha= « +degrees(angleDeltaAlpha));
//— calcul de alpha2 —
angleAlpha2=angleDeltaAlpha*k;
println (« alpha 2 = « +degrees(angleAlpha2));
//— calcul de alpha —
angleAlpha=angleAlpha1+angleAlpha2;
println (« alpha = « +degrees(angleAlpha));
//— calcul de r4 —-
r4=calculCoteRadAlKashi(r1,r,angleAlpha2); // float calculCoteRadAlKashi( float adj1, float adj2, float angleOpp)
println (« r4 = »+r4);
//— calcul beta1 —
angleBeta1=calculAngleRadAlKashi(r1,r4,r); // float calculAngleRadAlKashi( float adj1, float adj2, float opp)
println (« angle beta 1 = « +degrees(angleBeta1));
//— calcul beta2 —
angleBeta2=calculAngleRadAlKashi(r2,r4,r3); // float calculAngleRadAlKashi( float adj1, float adj2, float opp)
println (« angle beta 2 = « +degrees(angleBeta2));
//— calcul beta —
angleBeta=PI–angleBeta1–angleBeta2;
println (« angle beta = « +degrees(angleBeta));
//— calcul Gamma 1 —
angleGamma1=calculAngleRadAlKashi(r2,r3,r4); // float calculAngleRadAlKashi( float adj1, float adj2, float opp)
println (« angle Gamma 1 = « +degrees(angleGamma1));
//— calcul Gamma —
angleGamma=PI–angleGamma1;
println (« angle Gamma = « +degrees(angleGamma));
} //====================fin de la fonction calculAngles(xIn, yIn) ============
//===================== fonction de tracé des lignes du bras robotisé ===============
/*
Cette fonction trace les points et lignes du bras robotisé dans la fenêtre graphique
à partir de la valeur courante des variables globales de position du bras robotisé
*/
void traceBras() { // la fonction de reçoit aucun paramètre
noFill();
stroke (bleu); // couleur pourtour RGB – noStroke() si pas de pourtour
// — tracé des éléments fixes connus —
// point origine O(0,0)
//point(map(0,Xmin,Xmax,0,width),height-map(0,Ymin,Ymax,0,height)); // O(0,0)
//ellipse(map(0,Xmin,Xmax,0,width),height-map(0,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // O(0,0)
ellipse(xCmtoPixel(0),yCmtoPixel(0),5,5); // O(0,0)
// point P1
//point(map(x1,Xmin,Xmax,0,width),height-map(y1,Ymin,Ymax,0,height)); // P1
//ellipse(map(x1,Xmin,Xmax,0,width),height-map(y1,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // P1
ellipse(xCmtoPixel(x1),yCmtoPixel(y1),5,5); // P1
// ellipse(x, y, width, height)
// map(value, low1, high1, low2, high2)
// cercle C1
ellipse(map(x1,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y1,Ymin,Ymax,0,height),2*r1/(Xmax–Xmin)*width,2*r1/(Ymax–Ymin)*height); // cercle C1
// point P(x,y)
ellipse(map(x,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // P
// — tracé des distances de la zone utile —
line(xCmtoPixel(0+decalageXBras+espaceMortX),yCmtoPixel(0),xCmtoPixel(0+decalageXBras+espaceMortX+zoneActiveX),yCmtoPixel(0)); // Zone active
//—- affichage des positions tous les cm
for (int i=0; i<=zoneActiveX; i++) {
ellipse(xCmtoPixel(i+decalageXBras+espaceMortX),yCmtoPixel(0),5,5); // Positions tous les cm zone active
}
// — tracé des éléments obtenu par calcul —
// tracé de P1,P2
angle0=0; // premier point
angle=HALF_PI–angleAlpha; // utilise AngleAlpha par rapport à l’horizontale
x2=xLinePolaireRad(x1,y1,r1,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
y2=yLinePolaireRad(x1,y1,r1,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
println (« x2 = »+x2);
println (« y2 = »+y2);
stroke(violet);
ellipse(map(x2,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y2,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // P2
stroke(bleu);
strokeWeight(10); // largeur pourtour
line(map(x1,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y1,Ymin,Ymax,0,height),map(x2,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y2,Ymin,Ymax,0,height));
strokeWeight(1); // largeur pourtour
stroke(violet);
ellipse(map(x2,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y2,Ymin,Ymax,0,height),2*r2/(Xmax–Xmin)*width,2*r2/(Ymax–Ymin)*height); // cercle C2
// tracé de P2,P3
angle0=angle0–angle; // point précédent
angle=angleBeta; // utilise AngleBeta
x3=xLinePolaireRad(x2,y2,r2,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
y3=yLinePolaireRad(x2,y2,r2,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
println (« x3 = »+x3);
println (« y3 = »+y3);
stroke(rouge);
ellipse(map(x3,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y3,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // P3
stroke(violet);
strokeWeight(10); // largeur pourtour
line(map(x2,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y2,Ymin,Ymax,0,height),map(x3,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y3,Ymin,Ymax,0,height)); // r2
strokeWeight(1); // largeur pourtour
stroke(rouge);
ellipse(map(x3,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y3,Ymin,Ymax,0,height),2*r3/(Xmax–Xmin)*width,2*r3/(Ymax–Ymin)*height); // cercle C3
// tracé de P3,P
angle0=angle0–angle; // point précédent
angle=angleGamma; // utilise AngleGamma
xCalc=xLinePolaireRad(x3,y3,r3,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
yCalc=yLinePolaireRad(x3,y3,r3,angle0,angle);//xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle)
println (« x Calc = »+xCalc+ » : x= »+ x);
println (« y Calc = »+yCalc+ » : y= »+ y);
stroke(vert);
ellipse(map(xCalc,Xmin,Xmax,0,width),height–map(yCalc,Ymin,Ymax,0,height),5,5); // re-P
stroke(rouge);
strokeWeight(10); // largeur pourtour
line(map(x3,Xmin,Xmax,0,width),height–map(y3,Ymin,Ymax,0,height),map(xCalc,Xmin,Xmax,0,width),height–map(yCalc,Ymin,Ymax,0,height));// r3
strokeWeight(1); // largeur pourtour
} //=========== fin de la fonction de tracé des lignes du bras robotisé ================
//———— fonction théorème de Al-Kashi pour calcul angle à partir 3 côtés ———————
/*
Cette fonction renvoie la valeur d’un angle d’un triangle quelconque connaissant
la longueur des 3 côtés du triangle, à savoir des 2 cotés adjacents et du coté opposé à cet angle.
Cette fonction applique le theoreme de Al-Kashi (ou théorème de Pythagore élargi)
Voir notamment : http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_d%27Al-Kashi
Formule du theoreme de Al-Kashi :
(adj1² + adj2² – opp²)
angle = acos ( ————————- )
(2 x adj1 x adj2)
*/
float calculAngleRadAlKashi( float adj1, float adj2, float opp) {
// avec :
// adj1 et adj2 la longueur des 2 cotés adjacents à l’angle à calculer
//opp la longueur du coté opposé à l’angle à calculer
//———– variables utilisées par la fonction
float D; // variable calcul dénominateur
float N; // variable calcul numérateur
float calculAngleRad; // variable angle à calculer
//———– calcul du dénominateur : (adj1² + adj2² – opp²) ———
D=pow(adj1,2) + pow (adj2,2) – pow(opp,2);
//———– calcul du numérateur : (2 x adj1 x adj2) —————
N=2*adj1*adj2;
//————– calcul final de l’angle —————————-
calculAngleRad=acos(D/N); // calcule l’angle en radians
//—– renvoi de la valeur calculée —-
return (calculAngleRad);
}
//———————- fin fonction théorème Al-Kashi calcul angle à partir 3 cotés ——————
//———— fonction théorème de Al-Kashi pour calcul 3eme coté à partir 2 côtés et un angle (en radian) ———————
/*
Cette fonction renvoie la valeur du 3ème côté d’un triangle quelconque connaissant
l’angle opposé à ce 3ème côté
et la longueur des 2 autres côtés du triangle, à savoir des 2 cotés adjacents à l’angle utilisé.
Cette fonction applique le theoreme de Al-Kashi (ou théorème de Pythagore élargi)
Voir notamment : http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_d%27Al-Kashi
Formule du theoreme de Al-Kashi :
opp=sqrt(adj1² + adj2² – (2 x adj1 x adj2 x cos (angle)))
*/
float calculCoteRadAlKashi( float adj1, float adj2, float angleOpp) {
// avec :
// angle est l’angle opposé au 3ème coté
// adj1 et adj2 la longueur des 2 cotés adjacents à l’angle utilisé
//———– variables utilisées par la fonction
float D1; // variable calcul partiel
float D2; // variable calcul partiel
float calculCote; // variable 3ème Coté à caclculer
//———– calcul partiel adj1² + adj2² ———
D1=pow(adj1,2) + pow (adj2,2);
//———– calcul partiel (2 x adj1 x adj2 x cos (angle)) —————
D2=2*adj1*adj2*cos(angleOpp);
//————– calcul final du coté —————————-
calculCote=sqrt(D1–D2); // calcule le 3ème coté
//—– renvoi de la valeur calculée —-
return (calculCote);
}
//———————- fin fonction théorème Al-Kashi pour calcul 3ème coté ——————
//——- fonction xLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle) ——
// renvoie x du point destination d’un segment connaisant longueur et angles en radians
float xLinePolaireRad(float xoIn,float yoIn,float rIn,float angle0In,float angleIn) {
// avec :
// xo et yo : les coordonnées du point Po de départ du tracé
// r : la longueur du segment à tracer
// angle0 : l’angle entre le segment passant par xo,yo et l’horizontale. en radians
// angle : l’angle à appliquer pour tracer le nouveau point P(x,y). en radians
float xOut; // variable de calcul
xOut=xoIn+(rIn*cos(angle0In–angleIn));
return (xOut);
}
//——- fonction yLinePolaireRad(xo,yo,r,angle0,angle) ——
// renvoie x du point destination d’un segment connaisant longueur et angles en radians
float yLinePolaireRad(float xoIn,float yoIn,float rIn,float angle0In,float angleIn) {
// avec :
// xo et yo : les coordonnées du point Po de départ du tracé
// r : la longueur du segment à tracer
// angle0 : l’angle entre le segment passant par xo,yo et l’horizontale. en radians
// angle : l’angle à appliquer pour tracer le nouveau point P(x,y). en radians
float yOut; // variable de calcul
yOut=yoIn+(rIn*sin(angle0In–angleIn));
return (yOut);
} // fin yLinePolaireRad
// Fonctions de gestion des évènements de la souris
void mousePressed() { // fonction appelée si bouton souris appuyé
if ((mouseButton == LEFT)&&(mouseY>height–50)) { // test si appui bouton gauche
println(« Clic bouton gauche ! »);
println(« X souris brut = »+ mouseX);
xCalc=map(mouseX,0,width,Xmin,Xmax);
println(« X souris brut = »+ xCalc);
x=xCalc; // redéfinit l’abscisse du point cible P
if (x<decalageXBras+espaceMortX) x=decalageXBras+espaceMortX; // limite inférieure
if (x>decalageXBras+espaceMortX+zoneActiveX) x=decalageXBras+espaceMortX+zoneActiveX; // limite sup
//—- MAJ des variables globales de position du bras robotisé —
calculAngles(x, y); // calcul des variables globales de position du bras robotisé à partir coordonnées du point cible
//—- MAJ du tracé du bras robotisé à partir des variables globales de position —
background(blanc); // efface fenêtre graphique
traceBras(); // tracé initial du Bras robotisé 3 segments
//—- envoi instruction positionnement sur port Série vers Arduino
positionneServos();
}
if (mouseButton == RIGHT) { // test si appui bouton droit
println(« Clic droit ! »);
}
}
void mouseDragged() { // fonction appelée si appui sur un bouton et souris se déplace
}
void mouseReleased() { // fonction appelée si bouton souris relaché
}
void mouseClicked() { // fonction appelée si bouton souris enfoncé puis relâché
}
void mouseMoved() { //fonction appelée si la souris se déplace sans être appuyée
}
//—————————- fonction positionne Servos —–
//—- envoi instruction positionnement sur port Série vers Arduino
void positionneServos() {
// myPort.write(‘H’); // envoie le caractère sur le port Série
// myPort.write(« chaine\n »); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série
// —- calcul des angles réel des servomoteur pour envoi vers Arduino
angleServo[0]=int(angleBaseFace); // servo base tournante à 90°
println(« angle Servo 0 = »+angleServo[0]);
angleServo[1]=int(degrees(angleAlpha–HALF_PI)); // angle servo 1 (point P1) – vertical à 90°
println(« angle Servo 1 = »+angleServo[1]);
angleServo[2]=int(degrees(HALF_PI–angleBeta)); // angle servo 2 (point P2) – aligné à 90°
println(« angle Servo 2 = »+angleServo[2]);
angleServo[3]=int(degrees(HALF_PI–angleGamma)); // angle servo 3 (point P3) – aligné à 90°
println(« angle Servo 3 = »+angleServo[3]);
angleServo[4]=45; // servo pince à 45° = ouverte
println(« angle Servo 4 = »+angleServo[4]);
//Envoi des valeurs sous forme de chaine de caractère au format xxx
String[] subStringOut=new String[5]; // crée tableau pour envoi des chaines
for (int i=0; i<5; i++){
if (angleServo[i]<10) subStringOut[i]=« 00 »+angleServo[i]; // format 00x
else if ((angleServo[i]>=10) && (angleServo[i]<100))subStringOut[i]=« 0 »+angleServo[i]; // format 0xx
else subStringOut[i]=« »+angleServo[i]; // format xxx
println (« chaine « +i+ » = »+subStringOut[i]);
}
if (positionInitiale==false) myPort.write(« servotoR(001,015)\n« ); // relève un peu le bras avant positionnement si on est pas en position initiale
delay(250);
myPort.write(« servosBrasSync(« +subStringOut[0]+« , »+subStringOut[1]+« , »+subStringOut[2]+« , »+subStringOut[3]+« , »+subStringOut[4]+« )\n« ); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série
positionInitiale=false; // drapeau de position initiale
//servosBrasSync(xxx,xxx,xxx,xxx,xxx); positionnement synchronisé en angle absolu
} // fin de la fonction positionneServos
/*
//———— gestion évènement clavier ———
void keyPressed() { // si une touche est appuyée
if(key==’a’) { // si touche a enfoncee
}
if (key == CODED) { // si appui d’une touche particulière (les touches spéciales up, down, etc.. cf Keycode)
if (keyCode == UP) { // si touche Haut appuyée
} else if (keyCode == DOWN) {// si touche BAS appuyée
}
} //— fin si appui touche spéciale —
} //— fin si touche enfoncee
*/
//—- evenement bouton goto
void gotoButton(int theValue) { // fonction évènement Button de meme nom – reçoit la valeur
println(« Evènement gotoButton avec valeur = « +theValue);
if (positionText.getText()!=null) { // si un chemin fichier est sélectionné
xCalc = float(positionText.getText()); // récupère la valeur depuis le champ texte
println(« La position est : « +xCalc);
brasGotoX(xCalc); // lance positionnement du bras à la position voulue
}
} // fin evènement bouton goto
//—- evenement bouton goto
void ramasseButton(int theValue) { // fonction évènement Button de meme nom – reçoit la valeur
println(« Evènement ramasseButton avec valeur = « +theValue);
ramasseBalle(); // appel fonction
} // fin evènement bouton goto
//——————- fonction bras Goto X —————
void brasGotoX( float xIn) { // reçoit la distance du point P au point O(0,0)
x=xIn;//+decalageXBras+espaceMort; // redéfinit l’abscisse du point cible P
if (x<decalageXBras+espaceMortX) x=decalageXBras+espaceMortX;//+espaceMortX; // limite inférieure
if (x>decalageXBras+espaceMortX+zoneActiveX) x=decalageXBras+zoneActiveX+espaceMortX;//+espaceMortX; // limite sup
//—- MAJ des variables globales de position du bras robotisé —
calculAngles(x, y); // calcul des variables globales de position du bras robotisé à partir coordonnées du point cible
//—- MAJ du tracé du bras robotisé à partir des variables globales de position —
background(blanc); // efface fenêtre graphique
traceBras(); // tracé initial du Bras robotisé 3 segments
//—- envoi instruction positionnement sur port Série vers Arduino
positionneServos();
}
//—————– fonction pour ramasser balle à partir de la position actuelle du bras ————-
void ramasseBalle() { // fonction ramasse balle
myPort.write(« servoto(004,080)\n« ); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série – ferme pince
delay(500);
//soulève bras et rotation – pince fermée
myPort.write(« servosBrasSync(« +angleBaseRamasse+« ,090,010,010,080)\n« ); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série
delay(1000);
//baisse bras
myPort.write(« servosBrasSync(« +angleBaseRamasse+« ,070,000,000,080)\n« ); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série
delay(1000);
myPort.write(« servoto(004,000)\n« ); // envoie la chaine suivi saut ligne sur le port Série – ouvre pince
delay(500);
myPort.write(« servosBrasSync(« +angleBaseFace+« ,120,010,010,085)\n« ); // position initiale pince fermée
delay(1000);
positionInitiale=true; // drapeau de position initiale
}
//XXXXXXXXXXXXXXXXXX Fin du programme XXXXXXXXXXXXXXXXX
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