Rub1k Cube solver

Hello les gens,
Je démarre un projet qui me titille depuis longtemps, un petit robot capable de résoudre le Rubik-cube 3x3. Aboutira ? aboutira pas ? , en tout cas çà promet d'être amusant.
Il existe déjà des projets similaires, mais comme je n'aime rien faire comme les autres je vais faire ma petite cuisine perso.
- Je vais tenter de n'utiliser que 3 pap
- ils seront mobiles et glisseront sur des rails pour prendre le cube ou le lâcher
- Il seront mus sur les rails par des servo-moteurs de modélisme.
- cerveau: un PIC18F4525 de 40pins, si c'est juste je passerai sur un 18F8722 qui en offre le double.
- Programmation en assembleur PIC.

Les deux gros challenges seront:
- la lecture des couleurs du cube mélangé
- la préhension du cube par des systèmes de pinces, j'ai déjà fais quelques essais qui n'ont pas été très concluants.

Et on fonce dans le vif du sujet.

Un Rubik-cube 3x3 est composé 6 faces, chacune avec un centre fixe et immuable, tout bouge dans le Rubik sauf les centres. Une bonne chose, çà fait une base de départ.
Reste à faire bouger des mini-cubes formant des arêtes de 2 couleurs et des coins de 3 couleurs.
La première question qu'on se pose c'est comment démarrer ?
La meilleure façon c'est de simuler la réflexion humaine et d'y aller par étapes.

Un humain normal commence par tourner le cube mélangé dans tous les sens pour l'analyser et voir ce qu'il peut en faire, par quelle couleur il va démarrer, ou sont placés les mini-cubes de cette couleur et comment les amener au bon endroit.
Donc en premier lieu le robot va devoir être capable de tourner le cube dans tous les sens, analyser les couleurs de tous les minicubes et se les mettre en mémoire.
On va commencer par là, gros challenge, le reste viendra plus tard.
Pour un autre projet tout autre j'avais déjà fait des essais d'analyse de couleur qui marchait pas si mal. On utilise le même principe que le radar, on envoie, çà se réfléchit et çà revient, on regarde ce qu'on a obtenu. En utilisant le principe qu'une lumière colorée sera le mieux réfléchie par une surface de même couleur j'avais fait un petit montage avec une LDR (résistance dont la valeur varie selon la lumière reçue) et des diodes LED rouges, vertes et bleues. La LDR est montée en pont diviseur et on regarde la tension à la sortie suivant la lumière reçue.
Par exemple on allume les leds rouges pour éclairer une surface rouge, la lumière réfléchie par la surface est captée par la LDR et la tension issue sera supérieure que celle obtenue si on avait illuminé cette même surface rouge avec les Leds vertes ou bleues. Et lycée de Versailles.



Ma petite platine d'essai, au milieu du cylindre en alu c'est la LDR qui lit la couleur réfléchie par la surface colorée, autour une led rouge, une verte, une bleue, une jaune et une blanche. Prototype qui marche bien sauf que sur mon Rubik il a du mal à faire la différence entre le rouge et le orange   .
La devise de la maison c'est de tout faire soi-même mais là obligé de passer au plan B, après recherches j'ai vu qu'il existe un petit module dédié à l'analyse de couleurs, le GY31 qui a été développé pour l'arduino.



On en voit un ici à coté de mon prototype. La différence entre les deux c'est que mon proto renvoie une tension alors que le GY31 renvoie une fréquence.



Premiers essais avec le GY31 et c'est concluant, il faut bien la différence entre les 6 couleurs du cube  . Les fréquences obtenues sont suffisamment tranchées pour pouvoir les différencier par le PIC. Ensuite ce ne sera qu'une question de tests conditions dans le programme pour savoir qui est qui.

Salut,

Encore un beau casse tête

J'avais vu ça à la TV il n'y a pas longtemps, un robot solveur fait en Lego ... c'était dingue la vitesse à laquelle ça fonctionnait !

Par contre, les routines pour solutionner l'équation, ça ne va pas être simple !

++
David

Salut à tous.....................le plus dur ce sera de bien différencier les différentes couleurs de chaque petit carré sur chaque face,et en premier de pouvoir le tenir correctement ainsi que de le tourner,

pour le reste,la façon de réaliser le cube,comme pour nous les humains,ce n'est que des formules à appliquer en fonction des couleurs de chaque pièce,en premier réaliser une croix blanche et ainsi de suite .................

Salut,
Les routines ne m'inquiètent pas trop, il y aura un max de conditions c'est clair, je pensais comme vous au début et finalement les premiers soucis viennent d'ailleurs.

En premier c'était la reconnaissance des couleurs, j'ai fini par y arriver avec le module GY31 mais nouveau défi: comment lire tous les carrés d'une face en ne scrutant qu'un carré à la fois ?


Si on le positionne fixe on ne peut lire qu'un cube par face, comme on peut le voir sur la photo le module est plus grand qu'un carré de couleur.
Si on le fait se déplacer çà devient une usine à gaz et on ne peut pas en mettre plusieurs côte à côte car le module est plus grand qu'une carré.
J'ai résolu le problème (pas encore testé) en commandant 3 TCS3200 qui équipent le GY31 et en les rassemblant sur une même plaque imprimée en prenant soin que chaque lecteur ait la même dimension qu'un carré de couleur. Je les ai placés de telle façon qu'on puisse lire tous les cubes en seulement 4 rotations de la face. Le centre sera lu 4 fois mais ce n'est pas un souci.



Le PCB avec les trois TCS3200, chacun avec ses 4 leds d'illumination. Je viens de le monter mais pas encore testé, il faudra le disposer judicieusement devant la face et qu'il ne gêne pas non plus la rotation du cube. Chacun des lecteurs TCS/Leds fait 19mmx19mm, la taille exacte d'un carré de couleur de mon cube.



Surface pas très jolie vue de près, c'est la laque à cheveux que je vaporise pour éviter l'oxydation, laque à 2 balles elle fait une réaction avec la résine de la soudure et çà laisse des dépôts gris. Je suis en train de tester le vernis pour PCB pour la remplacer.

Salut le monde,
Des nouvelles du chantier.
La partie analyse du cube mélangé est maintenant fonctionnelle. Une facette de cube mesure environ 19mm de coté avec une petite tolérance suivant les cubes, comme dit au-dessus il m'en faut trois qui mesurent la surface du cube en parallèle pour lire toutes les facettes d'une face en 4 rotations et le module GY31 est bien trop volumineux. Abandonné donc.
J'ai commandé des chips TCS3200 et gravé un PCB en les positionnant judicieusement comme indiqué plus haut. Ca fonctionnait mais ne me convenait pas pour diverses petites raisons concernant des projets futurs, j'ai regravé le même système en module enfichable sur un PCB mère.
Par contre ces TCS lisent large et suivant les les couleurs des facettes adjacentes à celle analysée les valeurs reçues varient. Il faudra créer un cache noir actionné par un servomoteur qui se mettra en place lors de la lecture pour isoler uniquement la facette voulue, les essais avec un carton noirci au feutre sont probants.







Tests avec carton noir pour isoler la facette, concluants



Le module enfiché, toujours la laque à cheveux qui me pourrit le cuivre mais çà fonctionne, c'est tout ce que je veux.

La lecture des couleurs étant fonctionnelle, je me suis attaqué à la préhension du cube. Là aussi pas mal d'essais avant d'arriver à quelque chose qui fonctionne correctement. Je vous passe tous les essais de pinces en bois, en PVC, équipées de pastilles en chambre à air, en tapis de sol de sport, j'ai essayé tout ce qui me tombait sous la main   . Ca marchait plus ou moins, des fois bien, des fois mal, et il me fallait un système qui fonctionne à tous les coups.
Premiers essais moyennement concluants:





Pour finalement arriver à la conclusion que le seul truc valable c'était de faire une pince articulée.
Petite étude, j'ai voulu faire un système avec les mors qui se déplacent parallèlement l'un par rapport à l'autre.





Mais un truc que j'aurai du voir et que j'ai loupé sur la simul, le cube touchait en tournant, pince V.1 à la poubelle



Pas grave, cette pince V.1 me plait moyen de toutes façons, trop de jeu, les axes sont tous usinés et çà ne me tente pas d'en faire 3 comme celle-ci.

Go pour la V.2.
Mais c'est un mal pour un bien finalement car j'avais oublié un truc fondamental (c'est toute l'histoire des prototypes ): la pince est actionnée par un petit servomoteur SG90 et un servomoteur çà a des fils !!!!
et des fils çà a vite fait de s'enrouler autour de l'axe et casser si la pince tourne un coup de trop, d'autre part la prise du cube par les trois pinces devra être ultra précise et en démarrant le système on ne saura jamais si les pinces sont bien positionnées.
Donc... on revient dans le monde CNC --> faire une POM, puis POP par pince. Il est amusant ce projet
Du coup dans la version V.2 de la pince j'ai intégré un petit logement pour un aimant cylindrique, des contacts ILS seront placés judicieusement sur le châssis, le programme gèrera le reste.

La V.2 bien plus élégante avec des axes de 3mm chemisés en laiton.





Pince montée sur son NEMA17



Les deux autres sont en construction et ensuite je passe aux POM/POP.

Le système ne se borne pas à faire trois pinces, il faut ce qu'il faut derrière pour commander tout çà. J'ai été confronté à un problème, pour tenir fermement le cube pendant les rotations il vaut mieux qu'il soit posé sur la pince, donc faire un système vertical. Mais le servo MG996 du bas ne tenait pas le poids du moteur dés qu'il n'était pas plus commandé, et commander un servo en PWM prend tout le temps machine, autrement dit si je maintiens le servo en position haute le microcontrôleur ne fait plus rien d'autre. C'est ballot.
La solution, ajouter un PIC esclave qui fera le boulot à sa place, en général on commande ce genre de montage par le protocole SPI ou I2C, mais j'ai trouvé plus marrant de me faire mon propre protocole maison. Comme sur les deux PIC j'aurai du rab de pins j'ai élaboré une liaison parallèle de PORTB maître à PORTB esclave.

Assisté dans la réflexion par ma fidèle disciple qui surveille les inversions de fils, elle me fait remarquer dés qu'il y a un truc qui bouge, je lui dois beaucoup.



Je m'étais gravé des espèces de PICduino qui vont me servir pour ce projet



Les trois drivers TB6600HG des PAP, en dessous le PIC18F4525 maître, le PIC 18F2525 esclave, et un peu de filasse

Hello,
j'adore ce genre de projet parfaitement inutile. De la créativité débridée à l'état pur

Trop fort

meles a écrit:Hello,
   j'adore ce genre de projet parfaitement inutile. De la créativité débridée à l'état pur

Et je dirais même plus: parfaitement inutile mais tellement amusant

Beau projet pour les méninges,
Certes la résolution du problème de base n'est que de l’algorithmique.
Mais là tu te confrontes au vrai problèmes de la robotique.
Ergonomie, préhension, pression et surtout le câblage et ses contraintes qui amènera inévitablement de bien analyser l'algorithmique.
Dans ton projet quelque chose m’échappe. Pour résoudre le problème il faut faire tourner une à une, une des faces du cube.
Pour faire cela il est nécessaire de maintenir ensemble les deux autres groupes de 9 petits cubes. Ou de ne tenir que les petits cubes centraux.
Comment envisages-tu la solution ?

Bravo et amuse toi bien.

momoclic a écrit:qui amènera inévitablement de bien analyser l'algorithmique.

Dans certains projets il arrive parfois qu'il y ait des passages qui n'enchantent pas mais qui sont des passages obligés pour arriver à faire ce qu'on aime, ici tout est du pain béni  , cogitations,  électronique et PCB, études 3D et robotique, et pour finir la cerise sur le gâteau: les algorithmes.

momoclic a écrit:
Dans ton projet quelque chose m’échappe. Pour résoudre le problème il faut faire tourner une à une, une des faces du cube.
Pour faire cela il est nécessaire de maintenir ensemble les deux autres groupes de 9 petits cubes. Ou de ne tenir que les petits cubes centraux.
Comment envisages-tu la solution ?

Ces groupes s'appellent des couronnes, Le cube sera toujours tenu par le milieu, soit par la pince du bas, soit par les deux pinces horizontales. S'il est tenu par la pince du bas chaque pince horizontale pourront faire tourner la couronne qui est en face d'elle, si il est immobilisé par les deux pinces horizontales (en position horizontales) c'est la pince du bas qui pourra manipuler la face de dessous. S'il faut manipuler la face de dessus qui n'est pas tenue il faudra faire des manipulations de pinces pour amener le cube dans la bonne position.
Mais il n'y aura pas que les algos de résolution à prendre en compte, il faudra aussi gérer les rotations des pinces pour ne pas enrouler les fils des servos, après avoir fait une rotation de couronne le programme devra les ramener en position primaire. C'est aussi pour cette raison que je vais installer une POM.

Ca promet d'être une belle usine à gaz

Bien,
De ma tour j'aurais vu des pinces plus longues prenant les cubes centraux,
peut-être avec une seconde position pour bloquer aussi l'arrête inférieure.

De toutes les façons tu as raison : Belle usine à gaz...  

Oui mais alors tu bloquerais 2 couronnes et tu ne pourrais pas n'en faire bouger qu'une.

F6FCO a écrit:Oui mais alors tu bloquerais 2 couronnes et tu ne pourrais pas n'en faire bouger qu'une.

Bien sûr, mais ça évitera que deux tournent ensemble contre ton gré. Souvent on ne fait touner qu'une seule couronne.
Mais il est aussi toujours possible de prendre le problème à l'envers, ce qui reviendrait au même.

Je suis nul : j'avais zappé ce fil passionnant !
C'est surtout l'approche "je ne regarde pas comment ont fait les autres, je trouve ma propre voie".
C'est la recherche qui est excitante ! Les errements, tâtonnements et autres expérimentations !
Avant il y avait la F1, et maintenant nous avons F6 (puissance 6) !!!
Je suis assidûment désormais !

FMJ a écrit:
C'est la recherche qui est excitante ! Les errements, tâtonnements et autres expérimentations !

On a cette vision parce qu'on a pratiquement le même age  
M'en parle pas, c'est pratiquement devenu une raison de vivre . En plus de construire ce robot je suis en train de cogiter sur ma propre méthode, çà me frustrait de suivre bêtement des régles de résolution apprises par coeur et ou on ne cherche pas à comprendre ce qu'on fait réellement. Et puis je suis tombé sur ces deux vidéos qui m'on données envie de me lancer, le gars est super intéressant:
https://www.youtube.com/watch?v=UqQaqbvDZUA
https://www.youtube.com/watch?v=-NL76uQOpI0
En appliquant ses idées je fais les deux premières couronnes et la dernière croix (laborieusement) mais je cale sur les derniers coins, là c'est coton, c'est a ce niveau que je détruis tout  
Le plus difficile c'est de s'empêcher de suivre des règles apprises auparavant, chassez le naturel il revient au galop !