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 des schémas de câblage utilisés en robotique. Permet une interprétation précise de la documentation du fabricant.

Leçon 2 • Équipement de Mesure et de Test de Base

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

Leçon 3 • Révision des Fondamentaux Électriques

Couvre les relations entre la tension, le courant, la résistance et la puissance essentielles pour 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'Énergie

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

Leçon 2 • Technologies et Sélection de Batteries

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 abaisseurs, élévateurs et abaisseurs-élévateurs utilisées pour fournir des rails régulés. Les étudiants calculent les valeurs des composants et évaluent les compromis d'efficacité.

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 du BMS. Soutient directement un fonctionnement sûr 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 PWM pour la commande FOC des moteurs BLDC. Relie la conception matérielle aux performances de contrôle de couple en boucle fermée.

Leçon 2 • Circuits de Pont en H et de Circuit d'Attaque de Grille

Explique la topologie du pont en H, les circuits d'attaque de grille à bootstrap et le contrôle du temps mort pour les commandes de moteur. Les étudiants conçoivent des circuits de commutation sécurisés évitant les défauts de court-circuit.

Leçon 3 • Types de Moteurs dans les Robots Humanoïdes

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

Leçon 4 • Interfaces et Protocoles de Commande des Servomoteurs

Examine les interfaces RS-485, CAN et EtherCAT utilisées pour commander des 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 à capteur de force-couple utilisés pour l'estimation de l'état du corps. Établit la couche de capteurs qui alimente les algorithmes de contrôle de mouvement.

Leçon 2 • Interfaces de Capteurs Extéroceptifs

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

Leçon 3 • Conditionnement du Signal Analogique

Conçoit des circuits amplificateurs, filtres et de référence qui préparent les sorties des capteurs analogiques pour la conversion ADC. Réduit directement le bruit et les erreurs de décalage dans les données des capteurs.

Leçon 4 • Conversion Analogique-Numérique

Explique les architectures ADC, la résolution, la fréquence d'échantillonnage et le multiplexage d'entrée pour les capteurs de robots. Les étudiants adaptent les spécifications ADC aux exigences de largeur de bande des capteurs.

Leçon 1 • Bus de Communication 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 Firmware d'Amorçage

Présente les chargeurs d'amorçage, les couches d'abstraction matérielle et les mécanismes de mise à jour du firmware 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 fréquence 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 PWM déterministe, le comptage d'encodeurs et les périphériques personnalisés. Les étudiants implémentent des blocs logiques simples et les connectent au processeur principal.

Leçon 1 • Empilement du Circuit Imprimé et Planification des Couches

Sélectionne le nombre de couches, les matériaux diélectriques et les épaisseurs de cuivre pour les cartes de robots à signaux mixtes. Affecte directement le contrôle de l'impédance et les performances EMI.

Leçon 2 • Bonnes Pratiques de Capture de Schémas

Établit une organisation schématique hiérarchique, des bibliothèques de symboles et une nomenclature des connexions pour les cartes de robots complexes. Réduit les erreurs avant le début du placement.

Leçon 3 • Routage de Signaux à Haute Vitesse

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

Leçon 4 • Conception pour la Fabrication et le Test

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

Leçon 1 • Circuits de Surveillance de Sécurité et de 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 sûr en cas de détection d'anomalie.

Leçon 2 • Analyse des Dangers et Évaluation des Risques

Présente les méthodes FMEA, FTA et HAZOP appliquées aux sous-systèmes électroniques du robot. 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 à double voie, à vote majoritaire et à redondance 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 Coupure de Sécurité 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 homme-robot.

Leçon 1 • Planification et Séquencement de l'Intégration

Développe 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'isolement et de rigidité diélectrique pour vérifier les faisceaux de câbles et les circuits imprimés. Détecte les défauts d'assemblage avant d'alimenter le robot complet.

Leçon 3 • Procédures de Mise en Service Fonctionnelle

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

Leçon 4 • Tests de Performance au Niveau Système

Exécute des tests de charge, des tests d'immersion thermique et des tests de contrainte de communication sur le robot intégré. Valide que tous les sous-systèmes répondent ensemble à leurs spécifications de performance.