Les robots ne cessent d’évoluer, de même que les composants qui sont utilisés pour rendre ces nouveaux robots plus robustes, plus rapides et plus précis. L’un des nouveaux composants présents dans les robots les plus avancés, sont les servomoteurs intelligents, souvent appelés servomoteurs pour robots. Dans cet article, nous allons présenter les principales différences qui existent entre les servomoteurs ordinaires et les nouveaux servomoteurs intelligents.

Méthode de commande et de rétroaction

La principale différence entre les servomoteurs ordinaires et intelligents réside dans la façon dont ils sont commandés. Pour les servomoteurs ordinaires, la communication est unidirectionnelle. L’unité de commande (Arduino, Raspberry Pi ou toute autre unité de commande dédiée, telle que le SSC-32U ou le BotBoarduino) envoie la commande de position aux servomoteurs en utilisant un signal de Modulation de Largeur d’Impulsion (MLI/PWM). Le servomoteur lit cette valeur MLI et se déplace dans la position désirée en fonction du rapport cyclique du signal. Ceci est assez simple, mais également très limitatif. Il n’est pas possible d’obtenir de rétroaction sur la position réelle. L’un des points positifs est que le signal MLI est universel et que tous les servomoteurs, quels que soient la marque et la modèle, répondront au même signal.  Bien sûr, il existe toujours quelques exceptions. Par exemple, les servomoteurs à rotation continue ou treuil réagiront différemment, mais à part quelques servomoteurs de spécialité, la majorité d’entre eux sont interchangeables

Timing MLI des servomoteurs standards

Timing MLI des servomoteurs standards

Au lieu d’utiliser des signaux MLI pour commander la position, les servomoteurs intelligents préfèrent à cette technologie unidirectionnelle une communication série, qui permet une communication bidirectionnelle. Malheureusement, le protocole de logiciel et le matériel de mise en œuvre du servomoteur intelligent de la communication série varient en fonction du fabricant, de la gamme et de la qualité des servomoteurs.  Les protocoles de matériel les plus populaires sont : TTL Half-Duplex, TTL Full-Duplex et RS-485. Cela signifie que les concepteurs de robots doivent choisir des servomoteurs de la même marque et de la même gamme, car ils ne sont pas tous compatibles les uns avec les autres.

Différents brochages et protocoles de servomoteurs intelligents

Différents brochages et protocoles de servomoteurs intelligents

Heureusement, l’utilisation des servomoteurs intelligents présente certains avantages. L’un de ces avantages est que les servomoteurs permettent d’obtenir une rétroaction, et plus particulièrement la rétroaction de position. Bien que cette fonctionnalité ne soit pas nécessairement très importante pour les applications RC standards, telles que les voitures et les autres véhicules, elle représente un avantage énorme dans le monde de la robotique. Si vous voulez construire un bras robotique, connaître la position réelle du bras dans le monde réel, grâce à la rétroaction de position de chaque joint, est un atout précieux. Par exemple, si le contrôleur envoie une commande de position de +215 degrés, puis que la lecture de la position lui donne une valeur de 110 degrés, il saura qu’il existe un problème.  Il se peut qu’un objet bloque le trajet de votre bras robotique ou que le bras essaie de soulever un objet trop lourd.  Grâce à cette information précieuse, le contrôleur peut répondre et corriger la position pour éviter de brûler le servomoteur. Ceci ne serait pas possible avec des servomoteurs ordinaires sans l’aide de capteurs externes, ce qui augmenterait la charge utile et prendrait de la place sur le robot. Si vous connaissez bien les servomoteurs standards, vous pensez peut-être que la position de +215 degrés indiquée plus haut est une erreur, mais ce n’est pas le cas. Contrairement à la plupart des servomoteurs ordinaires, la majorité des servomoteurs intelligents ne sont pas limités à +/- 90 degrés (180 degrés au total).

Les servomoteurs intelligents connectés à un contrôleur offrent une solution beaucoup plus pratique

Les servomoteurs standards connectés à un contrôleur nécessitent beaucoup de câblage

L’un des autres avantages de la communication série est la façon dont les servomoteurs eux-mêmes sont reliés entre eux. Les servomoteurs standards doivent être connectés directement au contrôleur principal.  Cela signifie que des câbles de longueurs différentes sont nécessaires pour réaliser une bonne conception.  Les servomoteurs intelligents, d’autre part, peuvent être connectés en série.  Cela signifie que chaque servomoteur comporte deux connecteurs et qu’au lieu de connecter tous les servomoteurs directement au contrôleur, vous pouvez utiliser chaque servomoteur comme un transmetteur. Par exemple, au niveau de la construction d’un bras robotique, le premier servomoteur serait relié directement à l’unité de commande, le second servomoteur serait relié au premier, le troisième au deuxième, et ainsi de suite.  Étant donné que tous les servomoteurs partagent la même ligne de communication, chaque servomoteur doit également posséder une adresse unique, afin que les commandes de contrôle puissent être dirigées vers un servomoteur particulier situé sur la ligne.

Les servomoteurs intelligents connectés à un contrôleur offrent une solution beaucoup plus pratique

Les servomoteurs intelligents connectés à un contrôleur offrent une solution beaucoup plus pratique

Configuration

Les servomoteurs standards ne sont tout simplement pas configurables.  Il existe un autre type de servomoteur, appelé servomoteur numérique, qui peut être programmé par des programmeurs dédiés pour pouvoir modifier des paramètres tels que le point central et le point final, le sens de rotation, la vitesse maximale, la bande morte et la fonction fail-safe, pour nommer les plus courantes.

Les servomoteurs intelligents offrent une variété de configurations.  Tout comme pour le protocole de communication, les paramètres configurables changent selon les marques et les gammes, mais la plupart des servomoteurs peuvent configurer la vitesse maximale, la position minimale et maximale, et la limite de sécurité en vigueur, pour ne nommer que quelques paramètres.  Certains d’entre eux peuvent même être configurés pour fonctionner comme des servomoteurs de rotation continue.  La configuration s’effectue via la communication série. Par conséquent, aucun programmeur spécial n’est requis uniquement pour la configuration.  L’un des autres avantages est que vous pouvez modifier les configurations au niveau du système lui-même, sans avoir besoin de débrancher les servomoteurs pour les programmer un par un.

Polyvalence

Grâce à l’utilisation de la communication série, différents types de commandes d’entrée peuvent également être envoyées aux servomoteurs intelligents, contre seulement une commande de position pour les servomoteurs ordinaires.  La plupart des servomoteurs intelligents acceptent non seulement les commandes de position, mais également les commandes de vitesse et de temps.  Cela signifie qu’il est possible de faire fonctionner un servomoteur à une vitesse cible de 10 degrés par seconde pendant 2,5 secondes.  Au niveau des servomoteurs ordinaires, la vitesse est pratiquement dictée par la vitesse à laquelle le signal MLI est modifié.  Pour réaliser la même commande de contrôle de vitesse et de temps, tous les calculs doivent être effectués à l’intérieur du contrôleur, et la MLI doit être constamment mise à jour pour correspondre à la vitesse souhaitée. Étant donné que les servomoteurs ordinaires ne sont pas dotés de rétroaction, si le signal MLI change trop vite, le servomoteur prendra tout simplement du retard, et le contrôleur ne pourra pas en être informé sans l’utilisation de capteurs supplémentaires, tels que des potentiomètres ou des encodeurs.  En parlant de détection de position, les servomoteurs intelligents permettent également d’arrêter l’entraînement du moteur. Le servomoteur entre alors en mode dégradé (limp mode) et tourne librement, tout en étant toujours capable de lire sa position en temps réel. Ceci est une caractéristique particulièrement utile pour les robots, pour lesquels vous avez souvent besoin d’étalonner une position spécifique.  Éteignez la commande du moteur, placez le robot dans votre position d’étalonnage, puis enregistrez simplement toutes les positions actuelles.

Robots DST utilisant les servomoteurs intelligents

Robots DST utilisant des servomoteurs intelligents

Précision

Étant donné que les servomoteurs intelligents constituent la dernière technologie, la plupart d’entre eux bénéficient d’une mise à niveau de précision.  Bien que certains des servomoteurs intelligents de la plus basse qualité soient dotés d’une précision équivalente à celles des servomoteurs ordinaires, les servomoteurs intelligents d’entrée de gamme les plus courants offrent plus de précision que leurs frères aînés.  La précision, mais également le prix, augmente en fonction de la qualité du servomoteur.

Servo intelligent Dynamixel haut de gamme, de qualité professionnelle

Servo intelligent Dynamixel haut de gamme, de qualité professionnelle

Les inconvénients des servomoteurs intelligents

Étant donné que les servomoteurs intelligents représentent une technologie encore assez nouvelle par rapport aux servomoteurs ordinaires, il n’existe toujours pas de norme les concernant.  Chaque entreprise agit à sa guise, ce qui rend la fabrication de robots plus difficile, car une fois qu’un constructeur a choisi une marque, il est pratiquement obligé de la garder.  C’est le cas non seulement pour le protocole de communication, mais également pour l’aspect mécanique des servomoteurs.  Chaque entreprise possède ses propres facteurs de forme, supports et palonniers.  En outre, étant donné que toutes les entreprises choisissent d’utiliser des modèles qui ne sont pas compatibles avec la génération de servomoteurs précédente, qui possèdent un nombre énorme de palonniers, de supports, d’éléments de fixation et de poulies, le nombre de pièces disponibles pour la construction de robots est assez limité.  L’autre inconvénient est qu’ils ne couvrent pas toute la gamme des servomoteurs réels.  Il n’existe toujours pas de modèle nano servomoteur ni de modèle micro servomoteur dans la catégorie des servomoteurs intelligents.  Les constructeurs qui veulent économiser un peu d’argent ne peuvent pas utiliser de servomoteurs moins chers pour la partie de leur robot qui ne nécessite pas autant de précision ou de force que le reste du robot.

Quel est le meilleur type de servomoteur pour mon robot ?

Les servomoteurs intelligents sont le type le plus nouveau, le plus précis et le plus avancé des servomoteurs sur le marché. Devrais-je donc les utiliser pour tous mes robots ? En fait, pas vraiment.  Il est vrai que les servomoteurs intelligents sont dotés de beaucoup de caractéristiques intéressantes, mais ils peuvent aussi être trop importants pour certains projets. Voici une liste des principales raisons à considérer lorsque vous recherchez le type de servomoteur à utiliser dans votre nouveau projet.

Le top 5 des raisons de choisir des servomoteurs ordinaires au lieu de servomoteurs intelligents :
  • Aucune connaissance en programmation n’est nécessaire dans la plupart des cas
  • Vous disposez d’un petit budget pour votre projet
  • Projet de base dans lequel la précision n’est pas importante
  • Votre projet ne nécessite pas de rétroaction
  • Robot de petite taille (les servomoteurs intelligents ne sont pas encore disponibles en microformat)
Le top 5 des raisons de choisir des servomoteurs intelligents plutôt que des servomoteurs ordinaires :
  • Votre projet nécessite une rétroaction de mouvement
  • Votre projet nécessite une rotation de plus de 180 degrés
  • Votre projet nécessite plus de précision
  • Facteur de forme (les modèles de montage des servomoteurs intelligents sont généralement plus adaptés aux robots)
  • Votre projet nécessite plus de polyvalence

Ce blog est la première partie de notre Série sur les Servomoteurs Intelligents, restez à l’écoute pour plus !