Dans le futur des transports intelligents et de la logistique automatisée, la technologie de conduite autonome transforme progressivement nos vies. Des voitures autonomes aux robots d’entrepôt intelligents, la navigation par suivi de ligne est l’une des technologies clés de ces innovations. Dans ce projet, nous explorerons deux méthodes de suivi de ligne différentes pour apprendre à votre voiture UNIHIKER K10 à suivre une ligne noire de manière autonome. Il s’agit non seulement d’un défi de programmation stimulant, mais aussi d’un point de départ pour explorer les futures technologies de transport intelligent. Grâce à ce projet, tu apprendras à un robot de percevoir son environnement et de prendre des décisions, jetant ainsi les bases d’innovations futures.
Objectif de la tâche
Cette tâche vise à mettre en œuvre deux méthodes de suivi de ligne distinctes pour permettre à la voiture de naviguer le long des lignes noires sur une carte en couleur. La première méthode consiste à lire les valeurs numériques de capteurs de suivi de ligne montés sur le châssis, tandis que la seconde utilise l’algorithme de suivi de ligne intégré du UNIHIKER K10.
Points clés
- Comprendre le principe de fonctionnement et la méthode de détection des capteurs de suivi de ligne
- Maîtriser les techniques de lecture des données provenant des capteurs de suivi de ligne
- Apprendre à utiliser l’algorithme de suivi de ligne intégré de Maqueen Plus V3
- Comparer les avantages et les inconvénients des algorithmes de suivi de ligne personnalisés et des algorithmes intégrés.
Liste des matériaux
Configuration matérielle requise :
Exercice pratique
Dans ce projet, tu exploreras la fonctionnalité de suivi de ligne à travers trois tâches progressives. Premièrement, tu apprendras à lire les valeurs numériques des capteurs de suivi de ligne. Ensuite, tu mettras en œuvre deux méthodes distinctes de suivi de ligne :
- une programmation personnalisée et des algorithmes intégrés
- pour contrôler le mouvement de la voiture sur la piste.
Tâche 1 : Lire les valeurs numériques des capteurs de suivi de ligne
Lire les valeurs numériques des capteurs de suivi de ligne à 5 canaux et affiche les en temps réel sur l’écran du K10.
Tâche 2 : Suivi de ligne de base
Développe un programme de contrôle basé sur les signaux numériques provenant des capteurs de suivi de ligne afin d’obtenir une fonctionnalité de suivi de ligne fondamentale.
Tâche 3 : Suivi de ligne à l’aide d’un algorithme intégré
Utilise l’algorithme de suivi de ligne intégré fourni par l’UNIHIKER K10 pour permettre une navigation autonome, rationalisant ainsi le processus de développement.
Tâche 1 : Lecture des valeurs numériques des capteurs de suivi de ligne
1. Connexion matérielle
Connecte le Maqueen à ton ordinateur à l’aide d’un câble USB 3.0 vers Type-C.
Remarque : L’extrémité de type C doit être connectée au UNIHIKER K10.
2. Préparation du logiciel
Lance Mind+ et terminez la configuration du logiciel comme illustré dans le schéma suivant.
3. Programmation
(1) Lecture des valeurs du capteur de suivi de ligne
Utilise la commande « lire l’état du capteur de ligne L1 » pour obtenir le signal numérique actuel du capteur (0 ou 1).
Affiche les valeurs acquises par le capteur de suivi de ligne sur l’écran UNIHIKER K10 à l’aide de la commande « cache text ». Active l’option « auto-clear » pour n’afficher que les dernières mesures.
Utilise la commande « join » pour combiner la valeur d’état de chaque capteur en un texte lisible (par exemple, L1 : [Lire l’état du capteur de ligne L1]).
Enfin, utilise la commande « show cached content » pour actualiser le contenu textuel à l’écran et activer l’affichage. Voici le programme complet :
4. Exécution du programme
Avant d’exécuter le programme, il est nécessaire de vérifier que l’UNIHIKER K10 est correctement connecté à l’ordinateur via un câble USB. Une fois la connexion vérifiée, clique sur le bouton « Télécharger » du logiciel. À la fin de l’exécution du programme, si les capteurs de suivi de ligne détectent des lignes noires, les voyants s’allument (valeur numérique = 1), tandis que lorsqu’aucune ligne noire n’est détectée, les voyants restent éteints (valeur numérique = 0).
Tâche 2 : Suivi de ligne personnalisé
1. Programmation
Cette tâche s’appuie sur le programme de la tâche 1. Pour obtenir une fonctionnalité de suivi de ligne basique, nous utiliserons uniquement les trois capteurs avant : L1, M et R1. Ces capteurs détermineront la position de la voiture par rapport à la ligne noire et effectueront les ajustements nécessaires.
Remarque : Bien que les trois capteurs de suivi de ligne puissent générer sept combinaisons différentes, cette analyse se concentrera sur trois cas principaux. Les autres scénarios peuvent être étudiés indépendamment.
En ligne droite : lorsque le capteur M détecte la ligne noire (valeur = 1), cela indique que la voiture est centrée sur la ligne. Utilisez la commande « Régler la rotation de tous les moteurs à la vitesse d’avancement de 100 » pour faire avancer simultanément les deux moteurs.
Virage à droite : Lorsque R1 détecte la ligne noire (1) et M la ligne blanche (0), cela indique que la voiture dévie vers la gauche et doit tourner à droite. Utilisez les commandes « Régler la vitesse de rotation du moteur gauche vers l’avant à 100 » et « Régler la vitesse de rotation du moteur droit vers l’arrière à 50 » pour faire tourner la voiture à droite.
Virage à gauche : Lorsque L1 détecte la ligne noire (1) et M la ligne blanche (0), cela indique que la voiture dévie vers la droite et doit tourner à gauche. Utilisez les commandes « Régler la vitesse de rotation arrière du moteur gauche à 50 » et « Régler la vitesse de rotation avant du moteur droit à 100 » pour faire tourner la voiture à gauche. Le programme complet est le suivant :
2. Exécution du programme
Avant de lancer le programme, vérifie que le UNIHIKER K10 est correctement connecté à votre ordinateur via un câble USB. Une fois la connexion établie, clique sur le bouton « Télécharger» du logiciel. Après l’exécution du programme, place le véhicule à son point de départ sur la carte ; il suivra alors la ligne noire.
Tâche 3 : Suivi de ligne à l’aide d’un algorithme intégré
1. Programmation
Dans cette tâche, nous utiliserons la fonction de suivi de ligne intégrée du robot UNIHIKER K10 (basé sur le DFRobot Maqueen Plus V2) pour obtenir un suivi de ligne autonome. Cette approche est relativement simple, car la majeure partie de la logique de suivi de ligne est déjà intégrée au matériel et au micrologiciel ; il nous suffit d’appeler les commandes appropriées.
Au début du programme, utilise la commande « System initialization mùodule » pour initialiser le système et t’assurer que tous les modules fonctionnent correctement.
Lors du suivi de ligne, utilise la commande « set up a patrol route speed » pour configurer la vitesse de suivi. Ce paramètre influe directement sur la vitesse de déplacement du véhicule en service.
Remarque : Le paramètre de vitesse accepte des valeurs comprises entre 1 et 5, ajustables selon les besoins. Plus la valeur est élevée, plus le mouvement est rapide ; plus elle est faible, plus le mouvement est lent.
Enfin, exécute la commande « patrolling on » pour activer la fonction de suivi de ligne intégrée. Voici l’implémentation complète du programme :
2. Exécution du programme
Avant d’exécuter le programme, vérifie que le UNIHIKER K10 est correctement connecté à votre ordinateur via un câble USB. Une fois la connexion établie, clique sur le bouton « Téléchargement » dans l’interface du logiciel. Après l’initialisation du programme, positionnez le véhicule au point de départ indiqué sur le circuit. Le système suivra alors automatiquement la trajectoire noire prédéfinie.
Coin des connaissances
1. Comprendre le principe de fonctionnement des capteurs de suivi de ligne
Chaque module de capteur de suivi de ligne contient deux sondes infrarouges : une pour l’émission infrarouge et une autre pour la réception infrarouge.
Les capteurs de suivi de ligne fonctionnent grâce aux propriétés de réflexion de la lumière. Sur une surface blanche, les lignes noires réfléchissent davantage de lumière que le fond blanc. Lorsqu’un capteur détecte une ligne noire au sol, il renvoie la valeur 1. En revanche, lorsqu’il détecte un fond blanc, il renvoie la valeur 0.
2. Comprendre les méthodes d’étalonnage des capteurs de suivi de ligne
Les capteurs de suivi de ligne du véhicule Maqueen Plus V3 sont calibrés en usine et généralement prêts à l’emploi. Toutefois, en cas de détection anormale pendant le fonctionnement (par exemple, sortie 1 avec voyants allumés dans les zones blanches), un recalibrage peut être effectué à l’aide du bouton de calibration intégré.
Procédure d’étalonnage :
Préparation : Place tous les capteurs de suivi de ligne avant du véhicule entièrement sur une surface noire, en veillant à une couverture complète.
Étalonnage : Maintiens enfoncé le bouton d’étalonnage de suivi de ligne jusqu’à ce que les voyants bleus des capteurs clignotent trois fois, indiquant que l’étalonnage est terminé.
Vérification de l’étalonnage :
Lorsqu’ils sont placés sur des surfaces noires, les voyants correspondants doivent s’allumer.
Lorsqu’ils sont placés sur des surfaces blanches, les voyants correspondants doivent s’éteindre.
Ce processus d’étalonnage corrige efficacement les erreurs de reconnaissance causées par les variations d’éclairage ambiant ou l’usure des composants, garantissant ainsi des performances de suivi de ligne précises et stables.
3. Comprendre les scénarios d’application des capteurs de suivi de ligne
Les capteurs de suivi de ligne sont des composants intelligents capables de détecter les variations de couleur ou de réflectivité du sol, principalement utilisés pour permettre aux robots de « reconnaître les chemins et de suivre les itinéraires désignés ». Ces capteurs servent non seulement de composants essentiels à la navigation autonome des véhicules intelligents, mais trouvent également de nombreuses applications dans divers scénarios du monde réel.
Dans la pratique, les capteurs de suivi de ligne trouvent de nombreuses applications. Par exemple, dans les entrepôts logistiques, les véhicules à guidage automatique (AGV) utilisent ces capteurs pour transporter et stocker efficacement les marchandises le long de voies prédéfinies, améliorant ainsi considérablement l’efficacité logistique. Dans les systèmes de transport intelligents, les véhicules autonomes utilisent des capteurs de suivi de ligne pour détecter le marquage au sol, garantissant ainsi le maintien de la trajectoire et renforçant la fiabilité des systèmes d’aide à la conduite. Les robots de service, tels que les robots de nettoyage et les robots de livraison hospitalière, s’appuient également sur ces capteurs pour la navigation intérieure autonome, permettant une prestation de services efficace.
De plus, dans le domaine de l’éducation et de la recherche, les capteurs de suivi de ligne constituent des outils essentiels pour les expériences pédagogiques et les compétitions de robotique, permettant aux étudiants et aux chercheurs d’étudier les principes de fonctionnement des capteurs et les algorithmes de contrôle. Dans les systèmes de surveillance de sécurité, ces capteurs peuvent détecter les limites de zones spécifiques afin d’empêcher tout accès non autorisé, que ce soit par des personnes ou des objets, garantissant ainsi la sécurité. Dans les applications d’agriculture intelligente, les capteurs de suivi de ligne assistent les robots agricoles dans la réalisation des opérations d’irrigation, de fertilisation et de récolte le long de parcours prédéfinis, améliorant considérablement l’efficacité de la production agricole.
Grâce à ces applications, les capteurs de suivi de ligne améliorent non seulement l’efficacité opérationnelle, mais aussi la fiabilité et la sécurité du système, apportant un soutien crucial au développement des futures technologies intelligentes.
Relevez le défi
Dans ce projet, tu as maîtrisé les fonctionnalités de base de suivi de ligne de la voiture. Cependant, dans la réalité, les itinéraires sont rarement statiques. Imagine ce scénario : la voiture peut rencontrer des carrefours, des intersections en T, voire des intersections complexes avec plusieurs voies convergentes.
Voici le défi : lorsque la voiture arrive à ces intersections, comment doit-elle déterminer la bonne direction ? Et comment pouvons-nous la programmer pour qu’elle prenne la bonne décision ?
Met ta casquette de réflexion et essaye de concevoir une méthode permettant à ta voiture intelligente de « prendre des décisions » de manière autonome lorsqu’elle se trouve face à ces « choix cruciaux » !