Pour la plupart des équipes débutantes et intermédiaires du FIRST Tech Challenge (FTC), la réponse courte est non : vous n'avez pas strictement besoin de modules d'odométrie à roues libres pour marquer des points en période autonome. Les encodeurs intégrés aux moteurs, combinés à l'unité de mesure inertielle (IMU) interne de votre REV Control Hub, suffisent amplement pour exécuter une routine autonome à deux actions, comme se garer et marquer un élément de jeu préchargé. Cependant, si votre équipe souhaite enchaîner des cycles rapides de collecte de plusieurs éléments, exécuter des trajectoires continues par splines ou récupérer de manière fiable après des collisions en milieu de terrain, les encodeurs intégrés montreront leurs limites. La raison ne tient pas à la qualité du code, mais aux lois fondamentales de la physique qui s'appliquent aux roues motrices sous charge.

La physique : pourquoi les encodeurs moteurs mentent

Les encodeurs intégrés (comme les encodeurs à effet Hall montés sur les moteurs goBILDA YellowJacket ou REV HD Hex) mesurent la rotation du rotor 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 ?

En revanche, ils sont incapables de vous indiquer où se trouve votre robot sur le terrain en dalles de mousse. La conversion entre la rotation de l'arbre et la position réelle sur le terrain échoue en raison de trois phénomènes physiques distincts :

• Le patinage des roues : Chaque fois que votre robot accélère brusquement, décélère ou change de direction, les roues glissent sur les dalles de mousse souple. Si une roue patine ne serait-ce que 50 millisecondes au démarrage, l'encodeur moteur enregistre une translation vers l'avant qui n'a jamais eu lieu dans la réalité.
• La perte vectorielle des roues Mecanum : Les transmissions Mecanum se déplacent de manière omnidirectionnelle en combinant des forces diagonales via des rouleaux passifs. Lors de déplacements latéraux (« strafe ») sous forte charge, ces rouleaux frottent et glissent bien plus que des roues de traction classiques. Les calculs standards basés sur les encodeurs ne peuvent pas prédire de manière constante le déplacement latéral réel lorsque la friction des rouleaux varie d'une dalle usée à l'autre.
• Le jeu mécanique de la transmission et des réducteurs : Les réducteurs planétaires, le mou des chaînes et l'étirement des courroies introduisent du jeu mécanique entre l'impulsion relevée par l'encodeur et la zone de contact du pneu au sol. Au cours d'une routine autonome de 30 secondes comportant dix changements de direction, cette hystérésis mécanique s'accumule pour créer des erreurs de 10 à 20 centimètres.

Quand les encodeurs intégrés et l'IMU sont réellement suffisants

Avant d'engager du budget et de l'espace sur votre châssis pour installer des roues libres d'odométrie (« dead wheels »), déterminez si votre stratégie autonome l'exige vraiment. Vous n'avez pas besoin de roues libres si votre routine autonome répond aux critères suivants :

• Des mouvements rectilignes à faible vitesse : Avancer à 40 % de puissance ne génère qu'un glissement négligeable des roues.
• La correction de cap via l'IMU : Utiliser le gyroscope intégré du Control Hub pour gérer l'ensemble des rotations et le maintien du cap élimine la dérive angulaire du châssis.
• Le recalage sur capteurs : Si votre robot avance jusqu'à ce qu'un capteur de distance détecte la bordure du terrain, ou s'aligne contre celle-ci par contact physique direct (« squaring »), la dérive accumulée par les encodeurs est remise à zéro.
• Une période autonome à tâche unique : Déposer un élément préchargé, franchir une ligne et se garer ne nécessite aucun suivi de trajectoire au millimètre près.

Pour les équipes disputant leurs deux premières saisons, passer trois semaines à régler les PID de Road Runner sur des modules d'odométrie sur mesure sans suspension fait souvent perdre plus de points en compétition que la conception d'un mécanisme de ramassage fiable.

Le point de bascule : quand les roues libres deviennent indispensables

Les modules d'odométrie à roues libres (aussi appelés roues de suivi passives) sont composés de petites roues omnidirectionnelles non motorisées, maintenues en contact avec les dalles du terrain par la tension d'un ressort et reliées chacune à un encodeur rotatif indépendant. Comme ces roues ne transmettent aucun couple moteur et ne supportent pas le poids du robot, elles tournent librement sans glisser ni patiner.

Vous avez atteint les limites des encodeurs intégrés et devez adopter des roues d'odométrie indépendantes si vous constatez les situations suivantes :

• Vous utilisez des trajectoires par splines : Les bibliothèques de génération de trajectoires comme Road Runner ou Pedro Pathing nécessitent des actualisations en continu, précises à la microseconde près, des coordonnées (x, y) et du cap (θ) pendant que le robot accélère à pleine puissance.
• Vous effectuez des déplacements latéraux à haute vitesse : Si votre programme autonome repose sur des déplacements en diagonale ou latéraux au centre du terrain, l'estimation de position par les encodeurs moteurs dérivera de 15 centimètres ou plus en un seul trajet.
• Vous enchaînez des cycles autonomes complexes : Si vous essayez de ramasser trois ou quatre éléments au sol pendant les 30 secondes d'autonomie, une erreur de 2 centimètres suffit à manquer totalement l'alignement avec le mécanisme de prise.
• Vous subissez des contacts ou des collisions : Si un autre robot percute votre châssis pendant l'autonomie, les roues motrices vont glisser sur le sol. Les encodeurs moteurs supposeront que le robot a avancé normalement, tandis que les roues libres mesureront le déplacement réel résultant de la poussée.

Comparatif des approches de localisation

Contraintes pratiques de mise en œuvre

Si votre équipe décide de franchir le pas de l'odométrie à roues libres, gardez à l'esprit deux règles mécaniques fondamentales. Premièrement, les modules doivent être plaqués vers le bas par une force constante ; si une roue libre rebondit sur une jonction entre deux dalles de mousse, elle perd immédiatement le suivi de position. Deuxièmement, assurez-vous d'avoir suffisamment de ports encodeurs disponibles sur votre REV Control Hub ou Expansion Hub, car chaque roue libre mobilise une entrée encodeur habituellement dédiée à un moteur.

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Le verdict

N'installez pas d'odométrie à roues libres simplement parce que vous avez vu les meilleures équipes mondiales l'utiliser sur YouTube. Installez-la lorsque la progression de votre score en autonome est réellement freinée par le patinage mécanique des roues. Si votre robot peine encore à marquer de façon reproductible un seul élément préchargé, optimisez d'abord vos mécanismes et exploitez vos encodeurs intégrés avec le contrôle de cap par IMU. Lorsque vous serez prêts à gagner de précieuses secondes sur vos cycles et à exécuter des trajectoires multi-éléments à pleine vitesse, les roues libres constitueront alors la mise à niveau la plus efficace que vous puissiez réaliser.