ITAndroids : l’équipe de robots humanoïdes

Judy Warner : Depuis combien de temps l'équipe ITAndroids existe-t-elle, et comment a-t-elle été créée ?

Arthur Azevedo : L'équipe ITAndroids a été créée en 2005 par Jackson Matsura. À l’époque, il était étudiant en master. Aujourd’hui, il est professeur d'électronique. Deux étudiants de premier cycle et un étudiant de master ont rejoint l'équipe. La même année, ils ont remporté la LARC (Latin America RoboCup) 2D Soccer Simulation. Ils sont rapidement devenus l'une des meilleures équipes d'Amérique latine et ont participé à la RoboCup de 2006 à 2008, puis l'équipe s'est séparée.

L’équipe a été recréée en 2011 et a pu participer au RoboCup 2012 2D Soccer Simulation League. L'équipe a décroché la 10e place. La même année, l'équipe a obtenu trois trophées au LARC 2012 : 1ère place en 2D Soccer Simulation, 1ère place également en 3D Soccer Simulation et 3ème place en HRR (Humanoid Robot Racing). La même année, l'équipe a commencé à recruter et à former de nouveaux membres. L’équipe enregistre ainsi sa plus forte croissance. ITAndroids a gagné à 4 reprises au LARC 2D Soccer Simulation.

En 2012, l'équipe a commencé à concevoir son propre matériel pour le “Very Small Size League”. En 2017, nous nous sommes qualifiés dans la catégorie “KidSize Humanoid League” au RoboCup 2017. La même année, nous avons décroché une 1ère et une 2ème place au HRR du LARC, grâce à un robot commercial (Darwin-OP2) et à un robot conçu et construit en interne appelé “Chape”. Nous commençons également à concevoir un robot pour participer au Small Size League et nous espérons avoir une équipe opérationnelle pour le LARC 2018.

J. Warner : Cela ressemble à une longue route pavée de succès ! Combien d'étudiants font partie de votre équipe au total et combien font partie de la sous-équipe chargée de l'électricité et de la conception des cartes électroniques ?

Azevedo : Notre équipe compte environ 60 étudiants, qui travaillent sur différents projets de robots. Comme nous avons trois types de robots (Very Small Size, Small Size et Humanoid), nous avons trois groupes de concepteurs électriques dédiés chacun à la conception d’un type spécifique de robot. Le groupe de la conception électrique de l'Humanoid compte quatre membres. Ils sont étudiants en 1re, 2e et 4e année et bénéficient de l'aide d'un ingénieur-mentor expérimenté. Les projets du groupe s'articulent autour des concepts d'exigences en matière de spécification, de conception, de test et de fabrication des cartes. Ils prennent également en charge l'assemblage et l'intégration du robot.

J. Warner : Pouvez-vous nous en dire plus sur les types de robots que vous fabriquez ?

Azevedo : L'équipe ITAndroids participe à cinq catégories de compétition. Deux de ces catégories concernent la simulation et les trois autres concernent des robots physiques.

Soccer Simulation 2D : Il n'y a pas de développement matériel pour cette catégorie, celle-ci se concentre exclusivement sur la stratégie des robots autonomes dans un match de football. Les projets de cette année comprennent un remaniement important du code, de la correction de bugs, de l'amélioration de la lisibilité et de la migration vers les patterns de l'équipe. Il y a également l'implémentation d'une stratégie dynamique d'affectation des rôles aux agents.

Soccer Simulation 3D : Cette catégorie relève les défis de la précédente et y ajoute la simulation de robots humanoïdes en trois dimensions. Cette dernière nécessite la mise en œuvre des mouvements du robot. Les projets de cette année se sont principalement concentrés sur l'optimisation des paramètres pour les mouvements et pour la navigation des robots, sur la mise en cluster des outils pour ces optimisations et l’utilisation d’une méthode de test des robots plus efficace.

Humanoid : Il s'agit du développement d'un robot humanoïde physique et de la mise en œuvre de toutes les techniques présentées dans Soccer Simulation 3D dans un robot réel.

Notre équipe a considérablement développé ses connaissances en matière de matériel grâce à la fabrication de notre modèle humanoïde, affectueusement appelé Chape, basé sur un robot Darwin-OP importé que nous utilisons depuis l'année dernière. Le projet matériel était de grande envergure, tant du point de vue mécanique, avec l'usinage et l'impression de presque tous les robots, que du point de vue électrique. Le matériel électrique a été conçu à l'aide d'Altium Designer^®. L'équipe de développement logiciel a également travaillé très dur pour apporter de nombreuses améliorations aux mouvements et à la vision du robot.

Les robots ont tous été terminés en un semestre seulement, ce qui a permis à l'équipe de participer à la compétition Robocup en juin.

Very Small Size (VSS) : Une équipe de trois robots différents au format cubique qui joue un match de football. Comme l'équipe a fabriqué de nouveaux robots, avec une carte de traitement et des moteurs améliorés, Altium a été utilisé pour la conception du matériel. Le logiciel a permis d'élaborer la stratégie de l'équipe et nous avons créé un simulateur pour faciliter les tests.

Small Size : Celui-ci peut être considéré comme une extension de la catégorie précédente, avec une plus grande équipe et des robots dont la structure mécanique est plus complexe. Le développement de ce projet d'une nouvelle catégorie a duré toute l'année et a contribué à une autre croissance rapide de nos capacités matérielles. Une fois de plus, Altium a joué un rôle important dans notre projet. Un logiciel personnalisé a également dû être développé, ce qui a constitué un véritable défi.

J. Warner : Vous participez aux compétitions RoboCup. Pouvez-vous partager l'expérience que vous avez vécue lors de ces événements avec nos lecteurs ?

Azevedo : Participer à la Robocup a été une opportunité incroyable. Celle-ci nous a permis de mettre nos conceptions « sur le terrain », d'observer leur fonctionnement et leurs performances. Les interactions avec des équipes venant des quatre coins de la planète ont été particulièrement stimulantes. Cette expérience fut riche en apprentissage et en enseignements. Chacune des discussions menées avec les membres des équipes d'universités du monde entier nous a permis d’améliorer considérablement nos compétences. La RoboCup fait gagner de la maturité aux équipes, de la robustesse au système et développe le réseau.

J. Warner : Ces expériences semblent avoir été marquantes et passionnantes. Quels sont les types de circuits nécessaires pour alimenter vos robots et comment avez-vous appris à les concevoir ?

Azevedo : Le robot humanoïde Chape a été conçu pour offrir un certain degré de modularité et être facile à entretenir. L'architecture électrique fonctionne avec différents types de cartes sur lesquelles sont répartis les capteurs, le contrôle des actionneurs, les fonctions d'alimentation, de distribution, d'utilisation, de débogage, de maintenance, de surveillance de la santé et la communication de données bas niveau.

L'architecture est composée de 2 cartes : Le PWB est une carte intelligente qui intègre un algorithme de commande de l'alimentation dédié afin de gérer l'alimentation. Le bus de tension régulée est généré dans le PWB. Le bus de tension non régulée à haute puissance est créé en gérant des sources d'alimentation telles qu'une batterie et une alimentation externe.

Le CMB est au cœur de la couche physique bas niveau. La commande des cartes de surveillance contrôle les cervomoteurs, interprète les données à partir de son module inertiel intégré, applique des mesures de sécurité en fonction des relevés de la température interne, commande le ventilateur de refroidissement, active des voyants ainsi qu'un avertisseur sonore et assure la distribution du bus d'alimentation haute tension non régulé.

La communication avec l'ordinateur principal de traitement est assurée par un NUC i5 d'Intel qui effectue l'échange de données nécessaire à la marche, la course et aux coups de pieds. Le NUC communique par USB 2.0 et l'adaptation d'impédance est celle d'une paire de données différentielles. Un bus I2C intègre les cartes restantes qui sont composées de LEDs, d'avertisseurs sonores et de boutons dédiés aux interactions avec le robot.

En ce qui concerne la manière dont les membres de l'équipe apprennent à concevoir des cartes, le processus commence par une courte formation sur la conception électronique au cours de laquelle les principes de conception sont abordés. Les étudiants plus expérimentés partagent leurs connaissances avec le groupe sous la surveillance d'un ingénieur-mentor bénévole. Les étudiants consacrent du temps à l'apprentissage en suivant leurs cours habituels, à l'université et sur Internet.

J. Warner : Parlez-nous du rôle des mentors dans votre équipe.

Azevedo : Comme l'équipe est principalement composée d'étudiants de premier cycle, nous manquons souvent d'expérience ou de maturité pour pouvoir répondre aux besoins de l'équipe. Nous pouvons cependant compter sur nos mentors à chaque fois que nous en avons besoin.

Nous avons quatre mentors en tout : deux pour l'électronique (Miguel Angelo Sampaio et José Roberto Colombo Jr.), un pour la mécanique (Daniela Vacarini de Faria) un professeur conseiller en logiciel et commandes (Marcos Ricardo Omena de Albuquerque Máximo).

Les mentors en électronique ont fait un excellent travail sur les schémas électroniques de Chape et de VSS, sur la conception des circuits imprimés et le partage des connaissances aux nouveaux membres. Le mentor en mécanique a joué un rôle essentiel dans le projet de robot de Chape, tant dans le projet de CAO que pour la fabrication. Les mentors sont également venus en aide à l'équipe de la Small Size League. Le professeur a consacré son temps et ses efforts à la réussite du projet. Il a été d'une grande aide dans toutes les disciplines et a développé l'algorithme de marche des robots humanoïdes dans le cadre de sa thèse. Les mentors donnent chaque année des cours aux membres de l'équipe afin de renforcer leurs connaissances techniques.

J. Warner : Sur quoi l'équipe travaille-t-elle cette année universitaire ?

Azevedo : L'année 2017 a été une année de très forte croissance pour ITAndroids. Qu'il s'agisse des aspects administratifs ou des sujets techniques, tous les membres de notre équipe ont eu beaucoup à faire.

En plus des tâches effectuées par chaque sous-équipe, nous avons participé à deux grands événements : la compétition internationale Robocup et la LARC (Latin American Robocup). Nous avons également participé à un événement plus petit axé sur les modalités Very Small Size (VSS) de l'IEEE. Nous avons remporté 5 trophées grâce aux efforts de notre équipe dans le cadre de ces compétitions.

Sur le plan universitaire, nous encourageons toujours nos étudiants associés dans leurs recherches scientifiques. Six articles ont d'ailleurs été publiés.

J. Warner : Et bien, félicitations Arthur pour cette année couronnée de succès et félicitations à toute votre équipe d'étudiants, de professeurs et de mentors passionnés qui vous ont permis de connaître un tel succès ! Merci d'avoir pris le temps, malgré votre emploi du temps chargé, de partager le travail et les réalisations d’ITAndroids.

Arthur : Merci de m'avoir offert l'opportunité de vous parler de notre équipe.