Les micromoteurs donnent l’avantage aux footballeurs robotisés

Ce qui peut de prime abord ressembler à un gadget s’avère souvent être le fruit de recherches scientifiques sérieuses, présentant un important potentiel pour la recherche et le commerce. Malheureusement, ces travaux sont bien souvent sous-estimés en Allemagne. Un cas fait cependant figure d’exception: Un projet de recherches conduit par l’université de Freiburg en coopération avec adp Gauselmann GmbH, une filiale du groupe Gauselmann. Dans le cadre de la thèse de doctorat préparée par Thilo Weigel, l’équipe a développé un programme spécial destiné aux baby-foot. Ce dernier a été conçu pour réagir de manière intelligente face aux différentes situations rencontrées en cours de jeu. Un processeur moderne et un traitement optique des images par l’intermédiaire de caméras permettent de prendre en charge la saisie de données et leur exploitation. Des moteurs C.C. durables et très rapides sont utilisés en guise d’actuateurs. Ce "jeu" constitue la base parfaite pour le test de programmes situationnels. Son succès commercial en tant que baby-foot robotisé n’est qu’un avantage bonus de ces activités de recherche.

Une théorie n’est bonne que si elle fonctionne également en pratique. Pour cette raison, la chaire d’intelligence artificielle de l’université de Freiburg a adopté une approche "interactive" pour le développement de son nouveau programme réagissant à la situation. Les tests pratiques fournissent de précieuses indications sur les possibilités d’amélioration. Une situation complexe, qui exige du programme des réactions rapides, constitue un prérequis essentiel.
Si l’on regarde un peu plus loin que "le bout de son nez", on constate rapidement que des solutions optimales ont été employées pour des cas apparemment si difficiles. Une table de baby-foot présente de hautes exigences, en raison de son fonctionnement complexe et aussi de la vitesse de la balle. Un contrôleur capable régler ces problèmes de manière "ludique" en utilisant les actuateurs appropriés, devrait également être capable de maîtriser d’autres tâches automatisées.
À l’intérieur de la table de baby-foot robotisée, tout se passe dans un espace ne mesurant que 220 x 157 x 121 cm (hauteur, largeur, épaisseur). Étant donnée la complexité de l’opération, les dimensions de cet appareil de test sont relativement compactes en comparaison. La chaire d’intelligence artificielle a travaillé en collaboration avec des spécialistes dans ce domaine, afin de résoudre au mieux les différents problèmes rencontrés. FAULHABER, expert en micromoteurs, a mis à contribution son savoir-faire en matière d’entraînement afin d’assurer à l’unité la puissance de tir et la mobilité requise, tandis que adp Gauselmann GmbH, reconnu comme un fabricant de jeux haut de gamme, était responsable de la configuration pratique du robot.

Principe de fonctionnement

Un PC assure le contrôle du jeu. Une camera connectée au système transmet toutes les données nécessaires, relatives à ce qui se déroule sur la zone de jeu. Le programme exploite l’image prise par la caméra toutes les 20 millisecondes. De cette manière, elle détermine la position de la balle, ainsi que sa vitesse et sa direction. Grâce à ces données, le programme décide ensuite quand et comment chacun des joueurs doit être déplacé. Il en résulte un mouvement horizontal de la barre, ou encore un mouvement rotation de la barre, et donc des joueurs. Ainsi, la balle peut être contrôlée avec succès par les joueurs ou parée par le goal.
Un des principaux objectifs est de réduire autant que possible la quantité de données collectées afin de pouvoir alléger et donc améliorer le processus d’exploitation.
Une saisie de données et une répartition du travail habile sont ici nécessaires. Une camera infrarouge observe tout ce qui se déroule par en dessous, à travers le terrain de jeu qui est transparent. La lumière émise par près de 300 diodes lumineuses infrarouges "illumine" le terrain de jeu. La surface de jeu même est recouverte d’un filtre perméable aux infrarouges, afin que seuls les rayons infrarouges reflétés par la balle ne soient détectés par la caméra. Cela facilite grandement le processus d’évaluation des données transmises par la balle.
Le volume de données est également réduit au niveau des actuateurs. À ce niveau, le PC de contrôle ne s’occupe que des commandes principales telles que: "droite", "gauche" ou "tir"; les tâches requerrant plus de précisions sont prises en charge par les unités de contrôle subordonnées.
Dans ce but, le baby-foot robotisé emploie des Motion Controllers standard produits par FAULHABER, qui ont été optimisé pour une utilisation avec les moteurs C.C. Deux facteurs ont donc permis de faire fonctionner le baby-foot : un temps de traitement des données minimal atteint grâce à un volume de donnés réduit, et un délai de réponse très faible obtenu grâce à un contrôle optimisé des actuateurs.

Le terrain de jeu avec son éclairage et son filtre à infrarouges; La camera observe chaque mouvement par en dessous.
Un système d’entraînement compact et rapide avec un mécanisme à base de câbles et de courroies.

Système d’entraînement des joueurs

Contrairement aux footballeurs professionnels, le robot Star Kick n’a pas besoin d’argent pour "motiver" ses joueurs. Tout ce dont il a besoin, ce sont deux moteurs par barre. Les systèmes d’entraînement positionnés sur la plaque de fond de l’appareil font bouger les joueurs horizontalement par l’intermédiaire de câbles passant dans la barre. Le câble est enroulé plusieurs fois autour des tambours d’entraînement respectifs, et il évite ainsi tout glissement lorsque les frottements s’intensifient. Cela assure un contrôle précis et synchrone des joueurs. Les développeurs ont utilisé un entraînement à courroies à l’arrière de l’appareil afin de contrôler la puissance de tir, ou encore la rotation des joueurs. Les moteurs doivent être dotes de mouvements très dynamiques pour cette application, mais toujours sur de très brèves périodes seulement. C’est pourquoi le spécialiste en systèmes d’entraînement basé à Schönaich a recommandé l’utilisation de moteurs C.C. standard rapides, avec balais en carbone. Ces moteurs fiables peuvent atteindre un pic de puissance de plus de 220 Watts, ce qui est bien supérieur à la puissance nécessaire pour les joueurs.

Chaque moteur d’entraînement est doté d’un codeur magnétique pour communiquer les positions respectives des joueurs au contrôleur. À 512 impulsions par révolution, la résolution est tellement fine qu’aucune balle ne peut échapper aux joueurs. Un contrôleur de mouvements dans chaque moteur permet le contrôle en temps réel du moteur et traitement du moment angulaire. Au démarrage du jeu, il place les joueurs dans une position initiale définie, et exploite ensuite les donnés du transmetteur de vitesse. Les donnés ainsi traitées sont envoyées au PC via une interface RS232. En retour, les informations sont transmises au système de guidage des joueurs. Le contrôleur convertie ensuite ces informations en impulsion électriques pour le moteur. Des câbles ou des courroies fournissent une réduction exacte en cours de jeu. Si l’on prend en compte les valeurs d’accélération nécessaires, la transmission a été conçue de manière à assurer un fonctionnement des moteurs à vitesse optimale. En combinant une structure spécialement adaptée et une technologie d’entraînement hautement performant, les spécialistes impliqués dans ce projet sont parvenus à des solutions encore impossibles il y a quelques années. En effet, aujourd’hui, même les séries standard de micromoteurs disponibles sont assez performantes pour surmonter les tâches les plus complexes. Tout ce qui est nécessaire: de la créativité et de l’instinct. Les systèmes d’entraînement modernes s’occupent quant à eux des mouvements nécessaires.

Le robot Star Kick sert de dispositif de test compact et "ludique" pour le développement d’un programme et représente aujourd’hui à lui seul un succès sur le marché.
Un puissant micromoteur C.C., pour un positionnement exacte et rapide, sous contrôle du Motion Controller.