Le capteur ultrason du mBot
Objectifs
- Comprendre le principe de fonctionnement d'un capteur à ultrasons.
- Savoir programmer le mBot pour utiliser les données du capteur ultrason.
- Concevoir un comportement réactif simple (ex: évitement d'obstacle) basé sur ce capteur.
Introduction
Imaginez un robot capable de 'voir' dans le noir ou de détecter un obstacle sans le toucher, comme une chauve-souris. C'est exactement ce que fait le capteur ultrason de votre mBot ! Aujourd'hui, nous allons découvrir cette technologie qui permet à votre robot de percevoir son environnement et d'éviter les collisions.
Comment un robot comme le mBot peut-il détecter et mesurer la distance d'un obstacle sans contact physique ?
Le principe de l'écholocalisation
Le capteur ultrason du mBot fonctionne sur le même principe que l'écholocalisation utilisée par les dauphins et les chauves-souris. Il est composé de deux 'yeux' : un émetteur et un récepteur. L'émetteur envoie une onde sonore à une fréquence très élevée (environ 40 kHz), inaudible pour l'oreille humaine. Cette onde voyage dans l'air à la vitesse du son (environ 340 m/s). Lorsqu'elle rencontre un obstacle, elle rebondit et revient vers le robot. Le récepteur capte alors cet écho. Le microcontrôleur du mBot mesure le temps écoulé entre l'émission de l'onde et la réception de son écho. Connaissant la vitesse du son, il peut ensuite calculer la distance qui le sépare de l'obstacle avec la formule : Distance = (Vitesse du son × Temps de parcours) / 2. On divise par deux car l'onde fait un aller-retour. Par exemple, si le temps mesuré est de 0,01 seconde, la distance est d'environ (340 × 0,01)/2 = 1,7 mètre. Ce capteur est efficace sur une plage typique de 3 cm à 4 mètres.
Points clés
- Fonctionne par écholocalisation, comme les chauves-souris.
- Émet une onde ultrasonore (40 kHz) et capte son écho.
- Calcule la distance en mesurant le temps aller-retour de l'onde.
Le branchement et la programmation avec mBlock
Sur le mBot, le capteur ultrason est pré-monté à l'avant et connecté au port 3 de la carte mCore. Dans l'environnement de programmation mBlock (basé sur Scratch), nous accédons à ses données via des blocs spécifiques de la catégorie 'Robots'. Le bloc principal est 'valeur du capteur ultrason (port 3)'. Ce bloc renvoie une valeur numérique correspondant à la distance mesurée en centimètres. Pour créer un comportement intelligent, nous utilisons cette valeur dans une structure de contrôle, comme une boucle 'répéter indéfiniment' combinée à une condition 'si... alors...'. Par exemple, la condition pourrait être : 'si la valeur du capteur ultrason est inférieure à 20'. Cela signifie 'si un obstacle est à moins de 20 cm'. Dans le 'alors', nous pouvons placer des actions pour que le robot réagisse : s'arrêter, reculer, tourner, ou émettre un son d'avertissement. Il est crucial de bien calibrer le seuil de distance (comme ces 20 cm) en fonction de la vitesse du robot et de l'environnement pour une réaction fluide et sans collision brutale.
Points clés
- Le capteur est connecté au port 3 de la carte mCore.
- Le bloc 'valeur du capteur ultrason' renvoie une distance en cm.
- On utilise cette valeur dans des conditions pour déclencher des actions.
Applications pratiques
Le capteur ultrason ouvre la porte à de nombreux projets de robotique autonome. L'application la plus classique est la création d'un robot éviteur d'obstacles. Le programme sera structuré ainsi : en permanence, le robot avance. En parallèle, il mesure la distance devant lui. Dès que cette distance passe sous un seuil critique (par exemple 15 cm), il exécute une manœuvre d'évitement : il s'arrête, recule un peu, tourne d'un angle aléatoire ou fixe, puis repart. Une autre application est le suivi de main : on peut programmer le mBot pour avancer si la main est à plus de 30 cm, s'arrêter si elle est entre 10 et 30 cm, et reculer si elle est à moins de 10 cm, créant un robot qui 'suit' votre main. Enfin, on peut l'utiliser pour des mesures simples, comme créer un télémètre qui affiche en temps réel la distance sur les LEDs de la carte ou qui émet un bip dont la fréquence augmente quand l'obstacle se rapproche.
Points clés
- Robot éviteur d'obstacles avec séquence arrêt/recule/tourne.
- Robot suiveur de main avec plusieurs seuils de distance.
- Télémètre ou sonar avec retour visuel (LEDs) ou sonore (buzzer).
À retenir
Le capteur ultrason permet au mBot de percevoir les distances sans contact en utilisant le principe de l'écho. En mesurant le temps que met une onde ultrasonore à faire un aller-retour, le robot calcule la distance de l'obstacle. Cette valeur, lue en programmation, permet de créer des comportements autonomes et réactifs, comme l'évitement d'obstacles.
- Le capteur fonctionne comme un sonar en mesurant le temps aller-retour d'une onde ultrasonore.
- Il renvoie une valeur numérique (distance en cm) utilisable dans les conditions des programmes.
- Il est essentiel pour créer des robots autonomes capables d'interagir avec leur environnement.
