Moteur réducteur DC

Le moteur réducteur DC est la partie motrice des petits robots roulants : un moteur à balais dont l’arbre entre dans un réducteur à engrenages logé dans un boîtier plastique jaune. Le réducteur échange de la vitesse contre du couple, et c’est ce qui permet à une roue de démarrer sans patiner. Ici le moteur est vendu seul, sans roue : c’est la pièce à reprendre lorsqu’un moteur est usé, ou à assembler avec les roues quand le châssis du robot est déjà monté.

Deux fils suffisent à le faire tourner, et l’ordre de ces deux fils décide du sens de rotation. Une précaution commande tout le reste du montage : ce moteur appelle bien plus de courant qu’une sortie de microcontrôleur n’en fournit, il ne se branche donc jamais directement sur une broche de la carte.

Ce qui est fourni

Caractéristiques techniques

Moteur seul ou moteur avec roue

Les deux articles existent au catalogue et ne diffèrent que par la roue. Si le robot a déjà ses roues, ou si une roue doit être remplacée séparément, c’est cette version nue qu’il faut : l’axe est prêt et n’attend que la roue. Une roue de voiture 2WD / 4WD s’emmanche dessus à la main, sans outil : le méplat de l’axe l’entraîne sans la laisser patiner. La version déjà équipée de sa roue se trouve ici : moteur DC avec roue. Pour une base à deux roues motrices, deux moteurs nus et deux roues donnent exactement le même assemblage qu’un lot apparié.

Fixer le moteur sur un châssis

Le boîtier du réducteur n’a pas de trous prévus pour un vissage direct : il se glisse dans un support de moteur TT, une équerre qui reprend sa forme et rapporte deux trous de fixation sur la platine du robot. Le support se visse ensuite sur le châssis, et le moteur tient alors par sa propre forme, sans contrainte sur les engrenages.

Souder les deux fils d’alimentation

C’est la seule opération d’assemblage de cette pièce, et elle prend une minute. Chaque plot arrière est percé d’un œilleton : le fil dénudé, étamé, s’y glisse avant la soudure, ce qui donne une liaison solide sans pince ni pincement. Il faut de l’étain à souder et un fer à souder. Prévoir deux fils souples de 20 à 30 cm, assez longs pour atteindre les bornes du module de commande sans tirer sur les plots.

Mini-projet : deux moteurs, un module L298N, un robot qui avance, tourne et recule

Objectif : faire rouler une base à deux roues motrices — avancer, s’arrêter, tourner sur place, repartir en arrière. Un seul module de commande suffit pour les deux moteurs, et le programme tient dans une trentaine de lignes.

Ce qu’il faut

Le câblage

Aucun moteur ne touche la carte : chacun part sur une paire de bornes du module. Intervertir les deux fils d’un moteur, ou les deux broches de sens correspondantes, inverse son sens de rotation sans rien changer d’autre.

Le programme

À téléverser dans l’IDE Arduino :

/*
 * Deux moteurs reducteurs DC sur module L298N : avancer, tourner, reculer
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Cablage : ENA sur D9 (PWM), IN1 sur D8, IN2 sur D7 pour le moteur gauche
 *           ENB sur D10 (PWM), IN3 sur D6, IN4 sur D5 pour le moteur droit
 * Alimentation des moteurs : 6 V sur la borne 12V du module, masses communes
 * Les moteurs ne recoivent jamais d ordre direct de la carte.
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

const byte GAUCHE_VITESSE = 9;    // ENA, sortie PWM
const byte GAUCHE_AVANT   = 8;    // IN1
const byte GAUCHE_ARRIERE = 7;    // IN2
const byte DROITE_VITESSE = 10;   // ENB, sortie PWM
const byte DROITE_AVANT   = 6;    // IN3
const byte DROITE_ARRIERE = 5;    // IN4

void preparer(byte vitesse, byte avant, byte arriere) {
  pinMode(vitesse, OUTPUT);
  pinMode(avant, OUTPUT);
  pinMode(arriere, OUTPUT);
}

/* Chaque moteur se commande par deux broches de sens et une broche de vitesse.
   sens vaut 1 pour avancer, 0 pour reculer. */
void moteur(byte vitesse, byte avant, byte arriere, int sens, int allure) {
  if (sens == 1) {
    digitalWrite(avant, HIGH);
    digitalWrite(arriere, LOW);
  } else {
    digitalWrite(avant, LOW);
    digitalWrite(arriere, HIGH);
  }
  analogWrite(vitesse, allure);
}

void avancer(int allure) {
  moteur(GAUCHE_VITESSE, GAUCHE_AVANT, GAUCHE_ARRIERE, 1, allure);
  moteur(DROITE_VITESSE, DROITE_AVANT, DROITE_ARRIERE, 1, allure);
}

void reculer(int allure) {
  moteur(GAUCHE_VITESSE, GAUCHE_AVANT, GAUCHE_ARRIERE, 0, allure);
  moteur(DROITE_VITESSE, DROITE_AVANT, DROITE_ARRIERE, 0, allure);
}

/* Rotation sur place : les deux roues tournent en sens opposes. */
void tournerSurPlace(int allure) {
  moteur(GAUCHE_VITESSE, GAUCHE_AVANT, GAUCHE_ARRIERE, 1, allure);
  moteur(DROITE_VITESSE, DROITE_AVANT, DROITE_ARRIERE, 0, allure);
}

/* Les deux sorties PWM a zero : le module ne delivre plus de courant. */
void arreter() {
  analogWrite(GAUCHE_VITESSE, 0);
  analogWrite(DROITE_VITESSE, 0);
}

void setup() {
  preparer(GAUCHE_VITESSE, GAUCHE_AVANT, GAUCHE_ARRIERE);
  preparer(DROITE_VITESSE, DROITE_AVANT, DROITE_ARRIERE);
}

void loop() {
  avancer(200);          // deux secondes en avant
  delay(2000);
  arreter();
  delay(500);

  tournerSurPlace(170);  // un huitieme de tour environ
  delay(800);
  arreter();
  delay(500);

  reculer(180);          // une seconde et demie en arriere
  delay(1500);
  arreter();
  delay(1000);
}

Comment ça marche

• Les broches ENA et ENB ne fournissent aucun courant aux moteurs : elles fixent le rapport cyclique de chaque pont en H. Une valeur de 255 laisse passer toute la tension, une valeur de 128 la moitié.
• Les paires IN1/IN2 et IN3/IN4 croisent ou décroisent le courant dans chaque branche. Inverser les deux niveaux d’une paire inverse le sens du moteur correspondant.
• La rotation sur place vient du désaccord entre les deux côtés : un moteur en avant, l’autre en arrière. Les deux en avant donnent la ligne droite ; c’est la seule commande de direction d’une base à deux roues motrices.
• Deux moteurs du même lot ne tournent jamais exactement à la même vitesse : le robot dérive légèrement. On corrige en donnant une allure un peu plus faible au côté le plus rapide, ou en mesurant la rotation réelle pour asservir la trajectoire.
• Le module chute de 1 à 2 V entre son alimentation et les moteurs. Un pack de 6 V délivre donc au moteur une tension un peu plus faible, ce qui explique qu’il tourne moins vite derrière le module qu’en direct sur le pack.

Mesurer la vitesse du moteur reçu

Le boîtier jaune ne porte aucune inscription, et c’est la même enveloppe qui sert à plusieurs rapports de réduction. La mesure prend deux minutes et évite de se fier à une étiquette : marquer l’axe ou la roue d’un trait de feutre, alimenter le moteur sous 6 V, compter les tours pendant dix secondes, puis multiplier par six pour obtenir des tours par minute. Multiplier ce nombre par la circonférence de la roue et diviser par soixante donne une vitesse en unités de longueur par seconde, celle qui sert à régler un programme.

Les points d’attention

Questions fréquentes

Faut-il souder les fils ?

Oui. Les deux plots arrière sont prévus pour la soudure : ils ne comportent ni cosse à visser, ni connecteur, ni fil serti. Un fil dénudé puis étamé se glisse dans l’œilleton du plot avant la soudure, ce qui donne une liaison mécaniquement solide — utile sur un robot qui vibre.

Le moteur arrive-t-il avec sa roue ?

Non, cette référence est le moteur seul, sans roue ni vis ni support. Le catalogue contient la même mécanique déjà équipée de sa roue, et les roues seules sont vendues séparément : la section sur les deux versions est plus haut sur cette page.

Dans quel sens le moteur tourne-t-il ?

Aucun sens ne lui est imposé : un moteur à courant continu s’inverse en permutant ses deux fils, que l’opération se fasse sur ses plots ou sur les deux broches de sens du module. Il n’y a donc pas d’erreur de branchement possible, seulement un sens à corriger d’un échange de fils.

Peut-on régler la vitesse ?

Oui, par la sortie PWM du pont en H : c’est elle qui fixe la tension moyenne appliquée au moteur, et donc sa vitesse. Le programme ci-dessus s’en sert pour doser chaque mouvement, et deux valeurs distinctes par côté permettent de corriger la dérive d’un robot qui ne va pas droit.

Combien de moteurs pour une base roulante ?

Deux moteurs et une roue libre donnent la base la plus économique : elle tient sur trois points et tourne sur place. Un robot à quatre roues se contente de quatre moteurs et se passe de roue libre, mais consomme deux fois plus de courant et demande un module capable de le fournir.

À combiner avec

Une roue libre pivotante complète un robot à deux roues motrices en assurant le troisième point d’appui. Pour savoir à quelle vitesse le robot avance réellement, un capteur de vitesse à fourche infrarouge placé sur un disque percé monté sur l’axe compte les tours, et permet de corriger l’écart entre les deux côtés. Enfin, les supports de moteur et le châssis se vissent avec des vis M3 de 10 mm et leurs écrous, qui conviennent aussi bien à une platine percée qu’à une pièce imprimée en 3D.