Cours d'électronique pour robots humanoïdes

Leçon 1 • Lecture des schémas de circuits et normes

Enseigne les symboles schématiques, les désignations de référence et les conventions de schémas de câblage utilisés en robotique. Permet une interprétation précise de la documentation du fabricant.

Leçon 2 • Équipement de base pour les mesures et les tests

Présente les multimètres, les oscilloscopes et les analyseurs logiques pour le diagnostic de l'électronique des robots. Relie les compétences en mesure à la recherche de pannes dans les chapitres ultérieurs.

Leçon 3 • Révision des principes fondamentaux de l'électricité

Couvre les relations entre la tension, le courant, la résistance et la puissance essentielles à l'électronique des robots. Établit la base quantitative utilisée tout au long du cours.

Leçon 4 • Aperçu de l'architecture du robot humanoïde

Cartographie les principaux sous-systèmes électroniques d'un robot humanoïde et leurs interdépendances. Fournit le contexte pour chaque sujet technique ultérieur.

Leçon 1 • Architecture de distribution d'alimentation

Conçoit des réseaux de distribution multi-rails avec fusibles, ORing et commande d'insertion à chaud. Assure que chaque sous-système reçoit une alimentation propre et protégée.

Leçon 2 • Technologies de batteries et sélection

Compare les chimies lithium-ion, lithium-polymère et à semi-conducteurs pour les applications humanoïdes. Guide la sélection de la capacité et du taux de décharge en fonction de l'analyse de la charge.

Leçon 3 • Conversion et régulation CC-CC

Couvre les topologies de convertisseurs abaisseur, élévateur et abaisseur-élévateur utilisées pour fournir des rails régulés. Les étudiants calculent les valeurs des composants et évaluent les compromis de rendement.

Leçon 4 • Systèmes de gestion de batterie

Explique l'équilibrage des cellules, l'estimation de l'état de charge et les circuits de protection dans la conception d'un BMS. Soutient directement le fonctionnement sécuritaire et durable de la batterie dans le robot.

Leçon 1 • Électronique de commande à orientation de champ

Couvre la détection de courant, les transformations de Clarke-Park et la génération MLI pour la commande à orientation de champ des moteurs BLDC. Relie la conception matérielle aux performances de commande de couple en boucle fermée.

Leçon 2 • Circuits de pont en H et de commande de grille

Explique la topologie du pont en H, les circuits de commande de grille bootstrap et la commande de temps mort pour les commandes de moteur. Les étudiants conçoivent des circuits de commutation sécuritaires évitant les défauts de conduction directe.

Leçon 3 • Types de moteurs dans les robots humanoïdes

Passe en revue les technologies de moteurs à courant continu à balais, à courant continu sans balais, pas à pas et à actionneur série-élastique. Établit des critères de sélection reliant le type de moteur aux exigences des articulations.

Leçon 4 • Interfaces et protocoles de commande de servomoteurs

Examine les interfaces RS-485, CAN et EtherCAT utilisées pour commander les modules de servomoteurs intelligents. Permet l'intégration de commandes de servomoteurs commerciaux dans les réseaux d'articulations du robot.

Leçon 1 • Technologies de capteurs proprioceptifs

Couvre les encodeurs, les IMU, les capteurs de couple et les poignets de couple-force utilisés pour l'estimation de l'état du corps. Établit la couche de capteurs qui alimente les algorithmes de commande de mouvement.

Leçon 2 • Interfaces de capteurs extéroceptifs

Aborde les caméras, les LiDAR, les capteurs de profondeur et les réseaux de microphones pour la perception de l'environnement. Les étudiants câblent et configurent chaque type de capteur sur une carte de traitement.

Leçon 3 • Conditionnement du signal analogique

Conçoit des circuits d'amplification, de filtrage et de référence qui préparent les sorties des capteurs analogiques pour la conversion en signal numérique. Réduit directement le bruit et les erreurs de décalage dans les données des capteurs.

Leçon 4 • Conversion analogique-numérique

Explique les architectures CAN, la résolution, la fréquence d'échantillonnage et le multiplexage d'entrée pour les capteurs de robot. Les étudiants font correspondre les spécifications du CAN à la largeur de bande du capteur.

Leçon 1 • Bus de communication en temps réel

Conçoit des réseaux CAN FD, EtherCAT et UART reliant les nœuds de calcul aux cartes d'actionneurs et de capteurs. Assure une latence déterministe sur l'ensemble du réseau électronique du robot.

Leçon 2 • Abstraction matérielle et micrologiciel d'amorçage

Présente les chargeurs de démarrage, les couches d'abstraction matérielle et les mécanismes de mise à jour du micrologiciel pour les cartes de calcul du robot. Fait le pont entre la conception matérielle et les tâches d'intégration logicielle.

Leçon 3 • Sélection et configuration du microcontrôleur

Compare les cœurs ARM Cortex-M, RISC-V et DSP pour les tâches de contrôle au niveau des articulations. Les étudiants évaluent la vitesse d'horloge, les périphériques et la mémoire par rapport aux exigences de la boucle de contrôle.

Leçon 4 • FPGA dans les boucles de contrôle du robot

Explique l'utilisation du FPGA pour la génération MLI déterministe, le comptage d'encodeurs et les périphériques personnalisés. Les étudiants implémentent des blocs logiques simples et les connectent au processeur principal.

Leçon 1 • Empilage de circuits imprimés et planification des couches

Sélectionne le nombre de couches, les matériaux diélectriques et les poids de cuivre pour les cartes de robot à signaux mixtes. Affecte directement le contrôle d'impédance et la performance CEM.

Leçon 2 • Meilleures pratiques en capture de schémas

Établit une organisation hiérarchique des schémas, des bibliothèques de symboles et des conventions de nommage de nœuds pour les cartes de robots complexes. Réduit les erreurs avant le début de la disposition.

Leçon 3 • Routage de signaux à haute vitesse

Applique l'égalisation de longueur, le routage de paires différentielles et le pointillé de vias pour les signaux USB, Ethernet et MIPI. Empêche les défaillances d'intégrité du signal dans les liaisons à haute vitesse du robot.

Leçon 4 • Conception pour la fabrication et le test

Couvre la panélisation, le placement des repères, la stratégie des points de test et la conformité aux règles DFM. Assure que les cartes sont productibles et testables en volume.

Leçon 1 • Circuits de surveillance de sécurité et chien de garde

Implémente des chiens de garde matériels, des superviseurs de tension et des moniteurs de courant qui détectent et répondent aux défauts. Assure que le robot entre dans un état sécuritaire lors de la détection d'une anomalie.

Leçon 2 • Analyse des dangers et évaluation des risques

Présente les méthodes FMEA, FTA et HAZOP appliquées aux sous-systèmes électroniques des robots. Produit un registre des risques qui oriente les décisions de conception de sécurité ultérieures.

Leçon 3 • Architectures de circuits redondants et diversifiés

Conçoit des circuits de redondance à double canal, à vote et diversifiée pour les fonctions critiques pour la sécurité du robot. Démontre comment la redondance réduit la probabilité de défaillance dangereuse.

Leçon 4 • Arrêt d'urgence et arrêt sécurisé du couple

Conçoit des chaînes d'arrêt d'urgence câblées et des circuits STO qui coupent l'alimentation des actionneurs sans intervention logicielle. Répond à l'exigence de sécurité la plus critique dans la collaboration humain-robot.

Leçon 1 • Planification et séquencement de l'intégration

Élabore un plan d'intégration ascendante qui vérifie chaque sous-système avant de les combiner. Réduit le risque de défaillances en cascade lors de la mise en service du système complet.

Leçon 2 • Vérification électrique et test de continuité

Applique des tests de continuité, de résistance d'isolation et de rigidité diélectrique pour vérifier les faisceaux de câbles et les circuits imprimés. Détecte les défauts d'assemblage avant la mise sous tension du robot complet.

Leçon 3 • Procédures de mise en service fonctionnelle

Guide le séquencement de mise sous tension, le chargement du micrologiciel et la mise en service initiale des actionneurs pour chaque sous-système. Renforce la confiance dans l'exactitude du matériel avant les tests de mouvement.

Leçon 4 • Tests de rendement au niveau du système

Exécute des tests de charge, des tests d'immersion thermique et des tests de stress de communication sur le robot intégré. Valide que tous les sous-systèmes respectent ensemble leurs spécifications de rendement.