Pour la plupart des équipes débutantes et intermédiaires en FIRST Tech Challenge (FTC), la réponse courte est non : vous n'avez pas absolument besoin de modules d'odométrie à roues folles pour marquer des points en autonome. Les encodeurs moteurs intégrés, combinés à la centrale inertielle (IMU) interne de votre REV Control Hub, permettent de réaliser de façon fiable une routine autonome à deux actions — par exemple se garer et marquer un élément de jeu préchargé. En revanche, si votre équipe entend enchaîner des cycles rapides sur plusieurs éléments, exécuter des trajectoires en splines continues ou se remettre de manière fiable d'une collision en milieu de terrain, les encodeurs intégrés vous laisseront tomber. La raison n'est pas la qualité du logiciel ; c'est la physique même des roues motrices en charge.

La physique : pourquoi les encodeurs moteurs mentent

Les encodeurs intégrés (comme les encodeurs à effet Hall des moteurs goBILDA YellowJacket ou REV HD Hex) mesurent la rotation de l'induit interne du moteur, avant ou après le réducteur. Ils répondent avec précision à une seule question : combien de tours l'arbre de sortie de ce moteur a-t-il effectués ?

Ils ne peuvent en revanche pas vous dire où se trouve votre robot sur le terrain en dalles de mousse. Le passage de la rotation de l'arbre à la position sur le terrain se dégrade sous l'effet de trois phénomènes physiques distincts :

• Glissement des roues : chaque fois que votre robot accélère brutalement, décélère ou change de direction, les roues patinent sur les dalles de mousse souples. Quand une roue tourne dans le vide ne serait-ce que 50 millisecondes au démarrage, l'encodeur moteur enregistre une translation vers l'avant qui n'a jamais eu lieu.
• Perte vectorielle des Mecanum : les trains roulants Mecanum se déplacent de façon omnidirectionnelle en orientant des forces diagonales à travers des galets libres. Sous les efforts du déplacement latéral, ces galets frottent et glissent nettement plus que des roues à adhérence classiques. Le calcul standard des encodeurs ne peut pas prédire de manière constante le déplacement latéral réel lorsque le frottement des galets varie selon l'usure des dalles.
• Jeu du réducteur et de la transmission : les réducteurs planétaires, le mou de la chaîne et l'allongement des courroies introduisent du jeu mécanique entre le top d'encodeur et l'empreinte du pneu au sol. Sur une routine autonome de 30 secondes comportant dix changements de direction, cette hystérésis mécanique s'accumule en erreurs de 10 à 20 centimètres.

Quand les encodeurs intégrés et l'IMU suffisent réellement

Avant d'engager du budget et du volume de châssis dans des roues folles, demandez-vous si votre stratégie autonome les exige vraiment. Vous n'avez pas besoin de roues folles si votre routine autonome répond à ces critères :

• Mouvements en ligne droite à basse vitesse : avancer à 40 % de puissance ne génère qu'un glissement de roues négligeable.
• Correction de cap par l'IMU : utiliser le gyroscope intégré du Control Hub pour piloter toutes les rotations et le maintien de cap élimine la dérive en rotation du train roulant.
• Remises à zéro par capteurs : si votre robot avance jusqu'à ce qu'un capteur de distance détecte le mur du périmètre, ou s'aligne physiquement contre le périmètre du terrain en venant s'y appuyer, la dérive accumulée des encodeurs est remise à zéro.
• Autonome à tâche unique : livrer un élément préchargé, franchir une ligne et se garer ne demande pas un suivi de trajectoire au millimètre.

Pour une équipe qui en est à ses deux premières saisons, passer trois semaines à régler le PID de Road Runner sur des modules d'odométrie maison sans suspension revient souvent à perdre des points en compétition, comparé au fait de construire un système de préhension fiable.

Le point de rupture : quand les roues folles deviennent indispensables

Les modules d'odométrie à roues folles (aussi appelés roues de suivi non motorisées) se composent de petites roues omnidirectionnelles tournant librement, plaquées contre les dalles du terrain par un ressort, chacune reliée à un encodeur rotatif indépendant. Comme ces roues ne transmettent aucun couple moteur et ne portent pas le poids du robot, elles roulent librement, sans ripage ni patinage.

Vous avez atteint la limite des encodeurs intégrés et avez besoin de roues folles lorsque vous constatez ceci :

• Vous exécutez des trajectoires en splines : les bibliothèques de trajectoires comme Road Runner ou Pedro Pathing exigent des mises à jour continues, précises à la microseconde, des coordonnées $(x, y)$ et du cap ($ heta$) pendant que le robot accélère à pleine puissance moteur.
• Vous vous déplacez latéralement à grande vitesse : si votre autonome repose sur des trajets en diagonale ou de côté à travers le centre du terrain, les estimations des encodeurs de traction dériveront de 15 centimètres ou plus en une seule exécution.
• Routines autonomes à cycles : si vous tentez de ramasser trois ou quatre éléments de jeu au sol pendant la fenêtre autonome de 30 secondes, une erreur de 2 centimètres signifie rater complètement l'alignement de la préhension.
• Contacts défensifs ou collisions entre robots : si un autre robot heurte votre châssis pendant l'autonome, les roues motrices patineront sur le sol. Les encodeurs moteurs supposeront que le robot a avancé, tandis que les roues folles mesureront le déplacement réellement provoqué par la poussée.

Comparaison des approches de localisation

Réalités de mise en œuvre

Si votre équipe décide de franchir le pas vers le suivi par roues folles, gardez deux règles mécaniques à l'esprit. D'abord, les modules doivent être plaqués vers le bas à force constante ; si une roue folle rebondit sur un joint entre deux dalles de mousse, elle perd instantanément le suivi. Ensuite, assurez-vous de disposer d'assez de ports d'encodeur sur votre REV Control Hub ou votre Expansion Hub, car chaque roue folle occupe une entrée d'encodeur normalement réservée à un moteur.

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Le verdict

N'installez pas d'odométrie à roues folles parce que vous avez vu les meilleures équipes le faire sur YouTube. Installez-la quand votre plafond de points en autonome est réellement bloqué par le glissement mécanique des roues. Si votre robot peine encore à marquer de façon fiable un seul élément préchargé, réglez d'abord vos mécanismes et servez-vous des encodeurs intégrés avec le maintien de cap par IMU. Quand vous serez prêt à gagner des secondes sur vos cycles et à exécuter des routines autonomes multi-éléments à plein régime, les roues folles seront l'amélioration la plus efficace que vous puissiez apporter.