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La robotique au service de l’homme

La robotique au service de l’homme. Mise en situation. Notre collège créé et commercialise des robots qui permettent de surveiller des locaux. Les robots sont capables de : Se déplacer seuls en évitant les obstacles Interagir avec leur environnement …. Les centres d’intérêt.

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La robotique au service de l’homme

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Presentation Transcript

  1. La robotique au service de l’homme

  2. Mise en situation Notre collège créé et commercialise des robots qui permettent de surveiller des locaux. • Les robots sont capables de : • Se déplacer seuls en évitant les obstacles • Interagir avec leur environnement • …

  3. Les centres d’intérêt Appropriation du cahier des charges Recherche de solutions techniques Revue de projet et choix de solutions Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  4. Formaliser une description du besoin • Énoncer les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  5. Formaliser une description du besoin • Énoncer les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  6. 1. Appropriation du cahier des charges Formaliser sans ambiguïté une description du besoin Rechercher sur Internet les différentes catégories de robots Robots personnels et domestiques - Robots professionnels et de service Robots jouets Enoncer le besoin Dans quelle catégorie se classe le VigiBot ? En quoi le VigiBot est différent d’une caméra de surveillance ? A qui le VigiBot rend-t-il service ? Sur quoi agit le VigiBot ? Dans quel but utilise-t-on le VigiBot ? La fonction globale du VigiBot

  7. 1. Appropriation du cahier des charges Énoncer et décrire sous forme graphique des fonctions que l’objet technique doit satisfaire Recherche du milieu environnant La caméra L’interface programmable VigiBot La source d’énergie L’utilisateur Les locaux à surveiller Les obstacles L’ordinateur Le milieu extérieur FP1 : Permettre à l’utilisateur de programmer le microcontrôleur FP2 : Permettre à l’utilisateur distant de surveiller des locaux

  8. 1. Appropriation du cahier des charges Énoncer et décrire sous forme graphique des fonctions que l’objet technique doit satisfaire Les fonctions de service FP1 : Permettre à l’utilisateur de programmer le microcontrôleur FP2 : Permettre à l’utilisateur distant de surveiller des locaux FC1 : Disposer d’une interface programmable FC2 : Se déplacer dans les locaux sur une surface plane FC3 : Etre stable sur une surface plane FC4 : Disposer de sa propre source d’énergie FC5 : Interagir avec le milieu qui l’entoure FC6 : Détecter les obstacles sur le trajet FC7 : Eviter les obstacles rencontrés sur le trajet FC8 : Disposer d’un site Web embarqué FC9 : Plaire à l’utilisateur

  9. 1. Appropriation du cahier des charges Définir les critères d’appréciation d’une ou plusieurs fonctions Rédiger ou compléter un cahier des charges simplifié de l’objet technique Le cahier des charges

  10. 1. Appropriation du cahier des charges Synthèse

  11. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  12. 1. Appropriation du cahier des charges Choisir un mode de dialogue ou de diffusion adapté à un besoin de communication. Choisir et utiliser les services ou les outils adaptés aux tâches à réaliser dans un travail de groupe collaboratif Créer un ENT pour les élèves Partage sur réseau? Préparation de l’environnement numérique de travail

  13. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  14. Recherche de solutions techniques Les fonctions techniques Quels sont les différents problèmes à résoudre  ? Pb1 : Réaliser un système de commande des moteurs pour faire avancer ou reculer le robot Pb2 : Trouver une alimentation en énergie Pb2 : Réaliser un système de commande des moteurs pour faire pivoter le robot sur place Pb3 : Réaliser un système de réduction de la vitesse de rotation des moteurs

  15. 2. Recherche de solutions techniques Schéma fonctionnel

  16. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction Recherche de solutions techniques : Commande des moteurs

  17. 2. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction Recherche de solutions techniques : Commande des moteurs

  18. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction Recherche de solutions techniques : Transmission de mouvement • Observation de ce qui existe • Trouver 3 objets qui utilisent un système de transmission de mouvement de rotation • Dessiner un petit croquis du système de transmission • Décrire son fonctionnement Vélo Boite de vitesse Compresseur Système d’engrenage Système de chaine Système à courroie

  19. Recherche de solutions techniques Pour quelques contraintes définir le niveau que doit respecter l’objet technique à concevoir Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse • Relation entre la rotation de la roue et la distance de déplacement Quelle est la distance parcourue par la roue du robot lorsqu’elle fait un tour complet?

  20. Recherche de solutions techniques Pour quelques contraintes définir le niveau que doit respecter l’objet technique à concevoir Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse 1 tour  0,25 m le CDC  le robot doit se déplacer de 10 mètres par minute 10 m  40 tours ? 40 tr/min 7200 tr/min

  21. Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse • Expériences

  22. 2. Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse • Proposer et réaliser 2 solutions différentes pour réduire la vitesse de rotation du moteur afin que le déplacement soit celui qui est demandé dans le CDC • Caractéristiques du moteur • Plusieurs engrenages différents • Des poulies de différents diamètres 40 tr/min 7200 tr/min

  23. 2. Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse • Calculer le coût de chacune des deux solutions • Catalogues • Sites de fournisseurs sur Internet

  24. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  25. 2. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction Réaliser un schéma, un dessin scientifique ou technique par une représentation numérique à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur Chaque élève du groupe : - Imaginer et dessiner un croquis du châssis - Dessiner le châssis sur papier et faire une maquette en carton - Choix des matériaux - Calculer le coût de sa solution

  26. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) Réalisation des différentes parties du robot • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  27. 3. Revue de projet et choix de solutions Valider une solution technique proposée A ce stade, les élèves ont des solutions pour Le système de commande des moteurs et de réduction de vitesse (Repérer pour un objet technique donné, sa durée de vie et les conditions réelles ou imaginées de sa disparition) Le châssis La forme de la coque (Identifier quelques procédés permettant de mettre en forme le matériau au niveau industriel et artisanal) La source d’énergie (Choisir, pour une application donnée, une énergie adaptée au besoin) Le système de détection d’obstacle et le système de détection d’une lumière restée allumée (Repérer dans un objet technique donné une ou des évolutions dans les principes techniques de construction Choisir une solution pour chaque problème Pour certaines solutions, faire une représentation numérique de la solution

  28. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  29. 4. Réalisation et validation du prototype Planifier l’ensemble de la réalisation dans le temps • Créer le planning de réalisation de l’objet technique Usinage du châssis • Énoncer les contraintes liées à la mise en œuvre d’un procédé de réalisation et notamment celles liées à la sécurité Usinage – Pliage ou Formage de la coque • Rédiger les consignes relatives à la sécurité dans une fiche de procédure d’une opération Usinage des roues du robot • Concevoir le processus de réalisation Usinage des supports des systèmes de transmission/Réduction de vitesse • Justifier le choix d’un matériau au regard de contraintes de réalisation Assemblage des systèmes de réduction • Définir à l’avance les contrôles à effectuer pour toute opération de fabrication ou d’assemblage Réalisation des systèmes électriques • Conduire la réalisation du prototype Montage du robot • Rechercher l’information utile dans le plan d’actions, le suivi des modifications et la planification des travaux à livrer

  30. 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps 1- Dresser la liste des opérations de fabrication, 2- Déterminer l’ordre de succession des opérations, 3- Etablir la durée des opérations, 4- Dresser le planning des opérations. 1 Séance de 2 heures

  31. 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps 1 Dresser la liste des opérations de fabrication Les élèves dressent la liste de toutes les opérations qui interviennent dans la fabrication du robot • - Usinage du châssis • Usinage des supports de transmission • Assemblage de la transmission • Assemblage du robot • Réalisation du circuit de commande des moteurs • Montage du système de détection • Essai de fonctionnement • Usinage / pliage ou formage de la coque • …

  32. 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps 2 Déterminer l’ordre de succession des opérations • la liste précédente est transformée en table en ajoutant deux colonnes : • Un code est attribué à chaque opération • Pour chaque opération on note dans la dernière colonne le code de l’opération qui la précède.

  33. F E H G I A C B D 2 3 ½ 0 6 2 8 2 3 2 1 2 2 1½ 1 2 1 3 1 4 2 3 9 3 ½ 3 8 4 ½ 6 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps 3 Etablir la durée des opérations • Chaque opération est représentée par un rectangle comportant : • Le code de l’opération • La durée de l’opération • La date de début • La date de fin

  34. 4. Réalisation et validation du prototype Planification de la réalisation dans le temps 4 Dessiner le planning des opérations On reporte ces opérations sur un calendrier en utilisant des couleurs

  35. 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps • Conclusions : • La durée totale de fabrication du robot est estimée à xx heures, • Les opérations B, F et H peuvent démarrer en même temps, • Tout retard dans une des opérations B ou D entraînera un prolongement de la durée du projet • Grace à la marge on décale B et C pour ne pas avoir d’attente sur la commande numérique

  36. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  37. 4. Réalisation et validation du prototype Elaboration du trajet

  38. 4. Réalisation et validation du prototype Programmation du robot Debut Reculer(3) Demitour_a_gauche() Avancer(8) Tourner_a_gauche(90) Avancer(5) Tourner_a_gauche(90) Avancer(5) Camera(360) Demitour_a_droite() Avancer(12) Camera(360) Demitour_a_gauche() Avancer(7) Demitour_a_droite() Avancer(9) Tourner_a_gauche(90) Avancer(5) Camera(360) Demitour_a_droite() Avancer(12) Camera(360) Demitour_a_gauche() Avancer(7) Tourner_a_gauche(90) Avancer(14) Tourner_a_droite(90) Avancer(4) Tourner_a_gauche(90) Avancer(11) Camera(360) Demitour_a_droite() Avancer(11) Tourner_a_gauche(90) Avancer(4) Fin Départ Arrivée

  39. Formaliser une description du besoin • Énoncer Les fonctions de service • Définir les critères d’appréciation des FS • Compléter un cahier des charges simplifié Création, paramétrage et initiation à l’utilisation d’un espace numérique de travail S1 (4h) Appropriation du cahier des charges • Proposer des solutions techniques différentes (Châssis, système de déplacement ←↕→, transmission du mouvement, détection d’obstacle… ) • Évaluer le coût des solutions techniques proposées S2 (16h) Recherche de solutions techniques S3 (8h) • Valider des solutions techniques • Réaliser des représentations numériques avec un logiciel de CAO Revue de projet et choix de solutions S4 (18h) • Fabrication du robot • Validation du prototype • Présentation d’un diaporama relatant les différentes étapes de conception et de fabrication S5 (6h) Réalisation et validation du prototype Présentation finale du projet

  40. 5. Présentation finale du projet Créer et scénariser un document multimédia en réponse à un projet de publication Les élèves vont durant tout le projet prendre des photos et réaliser un diaporama . Présenter devant la classe l’évolution de leur projet (conception et réalisation)

  41. Les fournisseurs avec lesquels nous avons travaillé http://www.myavr.fr http://www.gotronic.fr/catalog/robotique http://www.a4.fr/ Le budget de notre robot est d’environ 100€

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