Configuration du matériel

Ce projet consiste à concevoir et fabriquer une machine automatisée capable de manipuler des pièces et de résoudre un puzzle. Cette documentation technique détaille la première phase critique du projet : le contrôle des moteurs (axes X, Y, Z) et du servomoteur via Arduino.

Avant d’implémenter une logique de déplacement complexe, une phase de configuration et de sécurisation du matériel a été réalisée.

1. Drivers

Chaque moteur pas-à-pas est piloté par un driver A4988. Le réglage du courant maximal via le potentiomètre intégré est une étape indispensable.

1.1 Réglage de l’intensité des drivers A4988

Objectifs du bridage en courant :

prévenir la surchauffe thermique du driver A4988
atténuer les vibrations du moteur pour un mouvement fluide
protéger l’intégrité physique des moteurs et des pistes électroniques.

Symptômes d’un mauvais réglage :

Sous-intensité : Le moteur vibre ou fait du bruit mais ne tourne pas (perte de couple).
Sur-intensité : Surchauffe immédiate du driver, déclenchement de la sécurité thermique et risque de détérioration définitive du matériel.

1.2 Pin EN - Enable

Sur une CNC Shield standard, les drivers partagent une broche d’activation (EN).

Logique conventionnelle : le driver est généralement actif à l’état bas (LOW) et désactivé à l’état haut (HIGH). Les micrologiciels comme GRBL gèrent automatiquement cette configuration.

Particularité matérielle du projet : dans notre configuration matérielle, la logique est inversée. Le driver requiert un niveau logique haut pour s’activer.

L’initialisation dans le code Arduino a donc été adaptée manuellement :

pinMode(enablePin, OUTPUT); 
digitalWrite(enablePin, HIGH);  

2. Contrôle des Moteurs Pas-à-Pas (Axes X, Y, Z)

L’objectif de cette étape est de valider le comportement des trois axes principaux (X, Y pour le plan, Z pour la verticalité).

2.1 Implémentation de la bibliothèque AccelStepper

Pour tester la fonctionnalité des moteurs, la bibliothèque AccelStepper a été choisie. Elle permet :

une gestion des profils d’accélération
un contrôle de la vitesse maximale
la capacité d’exécuter des mouvements multi-axes.

2.2 Code de test des axes

Le script suivant configure les vitesses et accélérations spécifiques à chaque axe et valide un mouvement de base.

#include <AccelStepper.h> 
 
// Définition des broches (à adapter selon le projet) 
const int stepPinX = 2; const int dirPinX = 5; 
const int stepPinY = 3; const int dirPinY = 6; 
const int stepPinZ = 4; const int dirPinZ = 7; 
const int enablePin = 8; 
 
AccelStepper stepperX(AccelStepper::DRIVER, stepPinX, dirPinX); 
AccelStepper stepperY(AccelStepper::DRIVER, stepPinY, dirPinY); 
AccelStepper stepperZ(AccelStepper::DRIVER, stepPinZ, dirPinZ); 
 
void setup() { 
  // Gestion de la broche Enable (logique inversée) 
  pinMode(enablePin, OUTPUT); 
  digitalWrite(enablePin, HIGH);  
   
  // Configuration de l'axe X (horizontale) 
  stepperX.setMaxSpeed(1000); 
  stepperX.setAcceleration(500); 
   
  // Configuration de l'axe Y (transversale) 
  stepperY.setMaxSpeed(1000); 
  stepperY.setAcceleration(500); 
   
  // Configuration de l'axe Z (vertical) 
  stepperZ.setMaxSpeed(500); 
  stepperZ.setAcceleration(300); 
} 
 
void loop() { 
  // Commande de déplacement (absolu : vers la position 200 pas) 
  stepperX.moveTo(200); 
  stepperY.moveTo(200); 
   
  // Exécution  
  stepperX.run(); 
  stepperY.run(); 
} 

3. Contrôle du servomoteur

En complément des déplacements cartésiens, un servomoteur est intégré à la tête de l’outil pour assurer la rotation des pièces du puzzle.

3.1 Pilotage standard

L’utilisation de la bibliothèque native Servo.h permet un positionnement angulaire direct.

#include <Servo.h> 
 
Servo toolServo; 
 
void setup() { 
  toolServo.attach(9); // Broche de commande du servomoteur 
} 
 
void loop() { 
  toolServo.write(0);  // Position initiale 
  delay(1000); 
   
  toolServo.write(90); // Position intermédiaire 
  delay(1000); 
} 

4. G-code

Pour centraliser le contrôle de la machine avec Python, un programme basé sur le G-code a été développé.

4.1 Commandes de mouvement (axes X,Y,Z)

G1 X100 Y50 : Déplacement vers les coordonnées X=100 et Y=50.

G1 Z-1 : Descente de l’axe Z.

4.2 Extension du protocole pour le servomoteur

Pour s’intégrer au flux d’instructions des moteurs, l’actionneur du servo est piloté par des fonctions (commandes M) associées au paramètre S (représentant l’angle de 0° à 180°) :

M3 S0 : Position fermée (0°).
M3 S90 : Position intermédiaire (90°).
M3 S180 : Position ouverte maximale (180°).

Cette standardisation permet d’envoyer un script simple combinant déplacement et manipulation (ex: G1 X100 Y50 G1 Z-1 M3 S180).