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Robots terrestres, maritimes ou aériens : comment choisir la plateforme pour un projet avec GPS
Si vous construisez un véhicule autonome (qu'il s'agisse d'un véhicule terrestre Rover(un drone ou un robot marin), choisir la bonne plateforme est essentiel pour accélérer le projet. Ce guide vous aidera à comparer et à choisir entre trois plateformes populaires : Arduino, ArduPilot et ROS 3.
Avant de commencer : quelques facteurs à prendre en compte
Choisir la bonne plateforme pour un robot basé sur GPS ne se résume pas seulement à budget et technique specificationsNous pensons que d’autres facteurs tels que le délai de mise sur le marché et l’évolutivité doivent être pris en compte.
Budget matériel
- Les systèmes basés sur Arduino sont les moins chers et largement disponibles.
- Matériel compatible ArduPilot (par exemple, Pixhawk, CubePilot) offre un compromis solide en termes de coût matériel, en particulier pour les véhicules aériens et marins avec GPS intégré, IMU, et support de boussole.
- Les projets ROS 2 nécessitent souvent un calcul embarqué plus puissant (par exemple, Jetson Xavier, Intel NUC) et des capteurs supplémentaires (LIDAR, caméras), augmentant l'investissement initial mais permettant une autonomie et une flexibilité plus élevées.
Compétences techniques
- Arduino est le point d'entrée le plus simple si la programmation est une option pour vous.
- ArduPilot supprime la programmation des exigences et vous fournit un pilote automatique configurable qui inclut des outils de planification de mission comme QGroundControl ou Mission Planner. Un certain réglage et une certaine compréhension des systèmes de contrôle sont nécessaires.
- ROS 2 est particulièrement adapté aux utilisateurs expérimentés dans Linux, les intergiciels ROS, l'intégration de capteurs et le développement d'algorithmes (par exemple, fusion de capteurs, SLAM, IA). Autonomie et flexibilité maximales.
Budget humain
Surtout pour les entreprises, le temps c’est aussi de l’argent.
- Si la programmation est une option pour vous, Arduino vous permettra de développer un robot en un temps relativement court, grâce à de nombreux exemples en ligne. Le défi se posera si vous souhaitez ajouter des capteurs supplémentaires. Plus tard dans le projet, vous vous rendrez compte que vous n'avez plus de mémoire pour tout ce que vous vouliez intégrer.
- Ardupilot, avec son environnement de paramètres de configuration sans programmation, vous aidera à passer de l'idée à la réalité le plus rapidement possible.
- ROS2 est la plateforme la plus puissante et la plus flexible, mais cela a un prix : il faudra peut-être un certain temps pour arriver là où vous le souhaitez.
Type de véhicule
- Véhicules terrestres (UGV) :
Les trois plateformes peuvent être utilisées en fonction de la complexité du projet.- Arduino est bien adapté aux robots à roues simples (par exemple, les plates-formes d'entraînement différentiel utilisées dans les applications de surveillance éducatives ou agricoles) où le robot suit des points de cheminement GPS ou des journaux
position sans nécessiter d'autonomie avancée. - ArduPilot offre un support robuste pour la transmission différentielle, la direction Ackermann et s'intègre bien aux outils de planification de mission.
- ROS 2 est idéal pour les comportements complexes comme la navigation autonome dans des environnements dynamiques, la planification de chemin ou la fusion de capteurs avec
LIDAR et vision.
- Arduino est bien adapté aux robots à roues simples (par exemple, les plates-formes d'entraînement différentiel utilisées dans les applications de surveillance éducatives ou agricoles) où le robot suit des points de cheminement GPS ou des journaux
- Véhicules aériens (UAV) :
ArduPilot excelle grâce à son firmware de contrôle de vol mature, son GPS intégré et IMU intégration et mécanismes de sécurité (par exemple, sécurité intégrée, géorepérage). ROS 2 est utilisé dans des applications avancées telles que le vol coordonné, la vision par ordinateur ou le traitement de l'IA embarquée. - Véhicules marins (USV) :
ArduPilot prend en charge les modes de véhicule de surface avec compensation du vent et suivi de points de cheminement. ROS 2 peut aider un robot à effectuer des tâches avancées, comme suivre un plan de patrouille et éviter automatiquement les obstacles. Arduino peut également être utilisé pour des robots de suivi de bouées basiques ou des plateformes flottantes qui doivent enregistrer des données GPS et se déplacer le long de trajectoires prédéfinies à l'aide de simples actionneurs.
Comparaison des fonctionnalités : Arduino, ArduPilot, ROS 2
Jetons un œil à une comparaison plus strictement technique des 3 plateformes.
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Fonctionnalité
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Arduino
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Ardupilot
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ROSX NUMX
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Facilité d’utilisation
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Programmation requise mais adaptée aux débutants
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Aucune programmation requise, avec des tutoriels complets
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Avancé, nécessite une expertise Linux
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Intégration GPS
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Exemple de code disponible en ligne
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Prise en charge complète du GPS et du RTK
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Prend en charge le GPS via la fusion pilotes/capteurs
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Prise en charge de la fusion de capteurs
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Mise en œuvre limitée et manuelle
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Filtres de Kalman étendus intégrés (EKF)
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Options avancées mais nécessitant une programmation (par exemple, NavSat, robot_localization)
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Support d'autonomie
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Pas de station de contrôle, nécessite une programmation manuelle
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Planification de mission GUI, modes autonomes
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Autonomie entièrement personnalisable mais nécessite d'être programmée
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Évolutivité
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Faible
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Moyenne
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Haute
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Capacité en temps réel
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Limité
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Pilote automatique en temps réel
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Prend en charge le temps réel via DDS (Data Distribution Service), réglage nécessaire
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Communauté
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Grand, axé sur les amateurs
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Grand, axé sur les drones/véhicules
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En croissance, notamment dans le domaine de la robotique et de l'industrie
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Comparaison pratique : Arduino, ArduPilot, ROS 2
Mais à quel point est-ce complexe ? Essayons de résumer les principales étapes nécessaires à l'intégration de chacune des plateformes. Imaginez si c'est réalisable.
- Arduino :
Connectez un module GPS à la carte Arduino en l'empilant ou en connectant un port UART. Ajoutez la bibliothèque TinyGPS-Plus à votre croquis. Dans loop(), lisez les données entrantes et analysez-les. messages NMEA Phrases et appelez gps.location.lat() / gps.location.lng(). Affichez les coordonnées sur le moniteur série ou sur un écran LCD connecté. Commencez à programmer la logique de pilotage en fonction de la position GPS. - ArduPilot :
Branchez le module GPS dans le Pixhawk Port GPS (ou Cube) à l'aide de câbles JST. Installez le firmware ArduPilot pour votre véhicule. Prenez le temps de régler les paramètres du pilote automatique. Lancez le programme. Mission Planner ou QGroundControl : le firmware décode automatiquement le NMEA, l'envoie à votre station de contrôle au sol et l'interface graphique affiche la latitude/longitude en direct sur une carte, aucune programmation supplémentaire n'est nécessaire et les journaux peuvent être enregistrés pour une consultation ultérieure. - ROS 2 :
Joindre le ArduSimple Connectez le récepteur à votre PC ou ordinateur monocarte et démarrez un nœud pilote (par exemple, gpsd_client). Ce nœud publie les messages sensor_msgs/NavSatFix sur le sujet /fix. Tout nœud ROS 2 peut s'abonner à /fix pour des tâches telles que l'enregistrement de données brutes ou l'alimentation d'algorithmes de localisation. Dans un terminal, vous pouvez observer les données publiées avec le sujet ROS2 echo /fix, et utiliser ros2 bag record /fix pour les enregistrer en vue d'une relecture ou d'une analyse hors ligne.
Choisir la bonne plateforme : quelques exemples
Chaque projet a des besoins GPS différents selon l'application, l'environnement et le niveau d'autonomie requis. Vous trouverez ci-dessous une analyse des cas d'utilisation GPS typiques et la plateforme la plus adaptée à chacun.
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Type de projet
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Plateforme recommandée
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Pourquoi ?
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|---|---|---|
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Enregistreur GPS simple,
Démo de navigation |
Arduino
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Facile à installer, économique, idéal pour le GPS de base et le prototypage.
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Drone autonome,
Véhicule marin (points de cheminement) |
ArduPilot
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GPS intégré + IMU + boussole, outils de planification de mission, RTK et support de cap.
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Recherche multi-capteurs,
Robot commercial |
ROS 2
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Fusion de capteurs avancée (GPS, IMU, LIDAR), autonomie et personnalisation de haut niveau.
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Agriculture de précision avec RTK
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Ardupilot + ROS 2
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ArduPilot est suffisant pour un contrôle précis du chemin, ROS 2 peut être ajouté pour l'IA ou la fusion avancée de capteurs
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Navigation GPS en essaim ou multi-robots
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ROS 2
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Prend en charge les systèmes distribués, la communication inter-robots, les cartes partagées et la coordination.
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Bouée flottante,
Nœud de capteur suivi par GPS |
Arduino
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Arduino pour la simplicité
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Combiner les plateformes
Pourquoi n'en choisir qu'un seul si vous pouvez les combiner pour un succès plus rapide ? Il peut être judicieux d'utiliser :
- Ardupilot sur un contrôleur de vol pour la planification autonome des vols et des missions.
- Un ordinateur compagnon avec ROS 2 (sur Raspberry Pi ou Jetson) pour gérer le traitement de la vision, la cartographie ou les décisions autonomes. Cet ordinateur pourra prendre le relais d'Ardupilot une fois le développement terminé.
- Un Arduino pour ajouter des fonctionnalités non incluses dans Ardupilot ou votre SBC comme le contrôle des signaux LED ou la lecture de capteurs supplémentaires.
Recommandations finales et tutoriels
- Pour les débutants et l'utilisation éducative, Arduino est un excellent point de départIl permet une exploration rapide des concepts GPS avec des coûts minimes, ce qui le rend idéal pour l'apprentissage et le prototypage.
- Pour une navigation autonome fiable et éprouvée, notamment dans les drones, les bateaux ou les véhicules prêts à l'emploi, ArduPilot fournit une base solide. Ses fonctionnalités GPS intégrées, ses outils de planification de mission et sa large compatibilité matérielle en font une solution incontournable pour de nombreuses applications concrètes. Ardupilot est sans aucun doute la solution la plus rapide pour y parvenir.
- Pour les systèmes avancés, modulaires et évolutifs, en particulier ceux nécessitant une fusion multi-capteurs, une autonomie de haut niveau ou une flexibilité de développement, ROS 2 est l'option la plus puissante et la plus personnalisable. Spécialement conçu pour les robots terrestres ou les systèmes multi-agents, ROS2 est la solution idéale si vous développez un robot professionnel de A à Z.
