Robot Bipede Bionique

Le robot bipède bionique ACEBOTT QD021 est un kit à assembler qui tient debout sur deux jambes et marche comme un humain : chaque jambe possède une articulation de cuisse et une articulation de mollet, soit quatre degrés de liberté confiés à quatre servomoteurs. Le cerveau est une carte ESP32 avec WiFi et Bluetooth, la même famille de microcontrôleurs que celle utilisée par tous les projets connectés.

Ce n’est pas un robot monté que l’on télécommande : on visse les pièces, on câble les servos, on téléverse un programme, puis on regarde le robot marcher. Un capteur à ultrasons logé dans la tête lui sert d’yeux pour suivre un objet ou éviter un obstacle. Il se programme par blocs avec ACECode, ou en C++ dans l’IDE Arduino, et se pilote depuis l’application ACEBOTT ou depuis une page web une fois connecté au WiFi.

Ce que contient le kit

• 1 carte de commande ESP32 Max V3.0 (WiFi et Bluetooth), avec protection de charge et de décharge intégrée ;
• 4 servomoteurs MG90 à pignons métalliques ;
• 1 capteur à ultrasons ;
• 1 plaque en acrylique, pièces de structure et visserie (vis M2 et M3, écrous, entretoises en laiton) ;
• 1 support pour deux accumulateurs 18650 ;
• 1 câble USB de 1 m, 1 tapis antidérapant, 2 attaches nylon, 2 cordons Dupont femelle-femelle 4 broches ;
• 1 tournevis, 1 clé coudée, de l’adhésif double face ;
• le tutoriel d’assemblage et de programmation en 8 leçons.

Deux accumulateurs 18650 sont nécessaires et ne sont pas fournis. Le support, lui, est dans la boîte.

Caractéristiques techniques

Brochage des servomoteurs

Les quatre servos ne se branchent pas sur des broches choisies au hasard : le carnet de montage du kit les répartit ainsi sur la carte ESP32.

Sur le robot, les servos se branchent sur les ports étiquetés de la carte d’extension : le câblage est déjà prévu par le kit, il n’y a rien à souder. Si vous montez le robot vous-même à partir de pièces séparées, retenez que ces quatre broches sont celles du programme de la page — et faites tourner un servo à la fois pour vérifier lequel correspond à quelle articulation avant de lancer une marche.

Sur un servo de modèle courant, le fil du milieu est l’alimentation : masse d’un côté, plus au milieu, signal de l’autre. Brancher un servo à l’envers ne l’endommage pas toujours, mais il ne bouge pas — commencez toujours par ce contrôle.

À quoi sert ce kit

• Comprendre la marche — décomposer un pas en angles successifs, puis enchaîner ces angles en boucle.
• Découvrir les servomoteurs — angle, couple, point milieu, butée mécanique : le robot oblige à respecter les trois.
• Programmer une carte ESP32 — sorties PWM, entrées capteur, WiFi, page web embarquée.
• Utiliser un capteur de distance — suivre un objet qui recule, s’arrêter devant un mur.
• Enseigner — le tutoriel en huit leçons couvre le montage, les mouvements de base, le suivi, l’évitement d’obstacle, deux chorégraphies, le contrôle web et le contrôle par application.

Mini-projet : mettre au point les quatre servomoteurs

Avant d’écrire une marche, il faut savoir où se trouve chaque articulation. Un bipède tient debout parce que ses quatre servos sont d’accord sur une position de référence : c’est celle où les palonniers ont été vissés pendant le montage. Si un seul servo est décalé, le robot penche, traîne une jambe ou force contre sa propre structure. Le programme qui suit sert exactement à cela : il place les quatre servos au point milieu, puis vous laisse déplacer chacun d’eux pour repérer ses limites et noter ses angles.

Matériel

• le robot QD021 assemblé ;
• deux accumulateurs 18650 rechargeables (non fournis) — un accumulateur 18650 à bouton saillant assure un appui franc dans le support du kit ;
• le câble USB du kit ;
• l’IDE Arduino avec le paquet de cartes ESP32 d’Espressif, et la bibliothèque ESP32Servo ;
• en option, un testeur de servomoteur : il place un servo au point milieu sans passer par la carte, ce qui rend le montage plus simple si vous démontez une articulation.

Montage

1. Insérez les deux accumulateurs dans le support et mettez le robot sous tension.
2. Reliez la carte au port USB de l’ordinateur avec le câble fourni. La carte s’alimente par ce même câble et le témoin s’allume.
3. Dans l’IDE : choisissez la carte ESP32 proposée pour votre révision, puis le port série correspondant.
4. Si aucun port n’apparaît, installez le pilote du convertisseur USB de la carte (le modèle varie selon la révision, CH340 ou CP2102) et remplacez le câble : certains câbles ne transportent que l’alimentation.
5. Téléversez le programme, puis ouvrez le moniteur série réglé sur 115200 bauds.

Le programme

La bibliothèque ESP32Servo s’installe depuis le gestionnaire de bibliothèques de l’IDE Arduino. Si le paquet ESP32 d’Espressif installé sur votre machine est une version 3, une bibliothèque Servo est déjà fournie avec lui : le programme fonctionne à l’identique en remplaçant simplement le nom du fichier inclus par Servo.h.

/*
 * Mise au point des servomoteurs - robot bipede ACEBOTT QD021
 * Carte : ESP32 Max V3.0 du kit QD021
 * Montage : les 4 servos MG90 du robot, cables sur la carte d'extension
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
#include "ESP32Servo.h"
// Broches des quatre servos, relevees dans le carnet de montage du kit.
const byte BROCHES[4] = { 5, 18, 16, 17 };
const char *NOMS[4]  = { "cuisse gauche", "cuisse droite", "mollet gauche", "mollet droit" };
// Bornes volontairement resserrees : aux extremes, un servo en butee
// force contre la structure, chauffe et consomme pour rien.
const int ANGLE_MINI = 20;
const int ANGLE_MAXI = 160;
Servo servos[4];
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(300);
  for (byte i = 0; i != 4; i++) {
    servos[i].setPeriodHertz(50);            // 50 Hz : la frequence des servos de modelisme
    servos[i].attach(BROCHES[i], 500, 2400); // impulsions de 0,5 a 2,4 ms
    servos[i].write(90);                     // point milieu : position de montage
  }
  Serial.println("Servos : 1 cuisse gauche, 2 cuisse droite, 3 mollet gauche, 4 mollet droit");
  Serial.println("Tapez le numero du servo puis un angle, par exemple :  3 120");
}
void loop() {
  if (Serial.available() == 0) {
    return;
  }
  String ligne = Serial.readStringUntil(10);   // 10 = code ASCII du retour a la ligne
  int separation = ligne.indexOf(' ');
  if (separation == -1) {
    Serial.println("Format attendu : le numero puis l angle, par exemple  3 120");
    return;
  }
  int numero = ligne.substring(0, separation).toInt();
  int angle  = ligne.substring(separation + 1).toInt();
  numero = constrain(numero, 1, 4);
  angle = constrain(angle, ANGLE_MINI, ANGLE_MAXI);
  Serial.print("Servo ");
  Serial.print(numero);
  Serial.print(" (");
  Serial.print(NOMS[numero - 1]);
  Serial.print(") place a ");
  Serial.print(angle);
  Serial.println(" degres");
  servos[numero - 1].write(angle);
}

Le réglage, étape par étape

1. Au démarrage, les quatre servos se placent à 90°. Le robot doit rester dans la position où vous l’avez vissé : s’il tire d’un côté, un palonnier a été monté un cran trop loin.
2. Tapez 1 60 : la cuisse gauche s’incline. Notez le sens du mouvement.
3. Tapez 1 120 : elle part de l’autre côté. L’angle de 90° est bien le milieu mécanique de cette articulation.
4. Répétez pour les numéros 2, 3 et 4 et notez, pour chaque articulation, la position qui correspond à la jambe tendue et celle qui correspond à la jambe repliée.
5. Descendez progressivement vers les valeurs extrêmes : vous verrez le moment où le servo commence à forcer. Ces deux butées sont vos limites réelles, et elles sont propres à votre montage — ne les dépassez jamais dans une marche.

Ce relevé est le vrai livrable de l’exercice. La marche d’un bipède n’est rien d’autre qu’une suite de ces quatre nombres, répétée en boucle : une position par servo, un temps de pause, puis la position suivante. Une fois que vous connaissez vos valeurs, la table de marche s’écrit en quelques lignes.

Variante : remplacer un servomoteur MG90

Sur un bipède, les servos travaillent en permanence contre le poids du robot : c’est la pièce qui fatigue en premier, et le pignon qui casse en dernier ressort. Le remplacement se fait avec un servomoteur MG90 de rechange, en deux temps : d’abord on met le servo neuf au point milieu en le branchant seul sur la carte, ensuite on le visse à sa place et on fixe le palonnier dans la position où la jambe est droite. Monter le palonnier avant cette mise au point est l’erreur classique — le servo arrive déjà décalé et ne revient jamais sur son milieu.

Questions fréquentes

Faut-il des piles pour le faire fonctionner ?

Oui : deux accumulateurs 18650 rechargeables, qui ne sont pas fournis. Ils se rechargent par le port USB-C de la carte, qui intègre la protection de charge et de décharge. Les modèles à bouton saillant appuient plus sûrement sur les contacts du support fourni. Si vos accumulateurs arrivent déchargés, prévoyez un chargeur 18650 pour les préparer d’avance.

Faut-il savoir programmer ?

Non. Le kit se programme d’abord par blocs avec ACECode, où les instructions se posent comme des pièces de puzzle, et le tutoriel en huit leçons part de zéro. L’IDE Arduino n’arrive qu’ensuite, quand vous voulez écrire vos propres séquences.

Le robot est-il livré monté ?

Non, l’assemblage fait partie du kit et c’est là que l’on comprend le mécanisme. La visserie et les entretoises sont fournies, le tournevis et la clé coudée aussi. Comptez une soirée pour un premier montage en suivant le carnet étape par étape.

Peut-on le piloter depuis un téléphone ?

Oui, avec l’application ACEBOTT sur iOS ou Android, et aussi depuis un navigateur quand le robot est connecté au WiFi. Ces deux fonctions sont justement les leçons 7 et 8 du tutoriel : elles se programment comme le reste.

Un servo chauffe ou bourdonne quand le robot est immobile

Il force contre la structure ou contre son voisin. Coupez l’alimentation, ramenez l’articulation au point milieu à la main, puis vérifiez deux choses : la position du palonnier, et les angles que vous envoyez. Un servo qui reste en butée consomme en continu et finit par chauffer, même sans mouvement visible.

L’ordinateur ne détecte pas la carte

Trois causes dans l’ordre : le pilote du convertisseur USB de la carte n’est pas installé, le câble ne transporte que l’alimentation au lieu des données, ou le port est déjà utilisé par un autre logiciel. Changez de câble avant de réinstaller quoi que ce soit.

À combiner avec

Pour rester dans la même famille de kits, le kit de robot araignée bionique quadrupède reprend le même principe avec huit pattes et une carte ESP8266 : une fois les quatre servos du bipède maîtrisés, les séquences de marche d’un quadrupède se lisent sans effort — et l’ensemble des kits robotiques de la boutique se programme de la même façon, un servo à la fois.