Démarche technologique de développement du projet La robotique au service de l’homme.

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1 Démarche technologique de développement du projet La robotique au service de l’homme

2 Démarche technologique de développement du projet 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 Démarche technologique de développement du projet 1.Appropriation du cahier des charges 2.Recherche de solutions techniques 3.Revue de projet et choix de solutions 4.Réalisation et validation du prototype 5.Présentation finale du projet Les centres d’intérêt

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

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

6 Démarche technologique de développement du projet 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 1. Appropriation du cahier des charges Formaliser sans ambiguïté une description du besoin

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

8 Démarche technologique de développement du projet 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 1. Appropriation du cahier des charges Énoncer et décrire sous forme graphique des fonctions que l’objet technique doit satisfaire

9 Démarche technologique de développement du projet Le cahier des charges 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

10 Démarche technologique de développement du projet Synthèse 1. Appropriation du cahier des charges

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

12 Démarche technologique de développement du projet Préparation de l’environnement numérique de travail Créer un ENT pour les élèves 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 Partage sur réseau?

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

14 Démarche technologique de développement du projet Les fonctions techniques Recherche de solutions techniques FC2Se déplacer dans les locaux sur une surface plane Critères d’appréciationNiveau Trajectoire de déplacement droite Avance et Recule Possibilité de tourner sur place Tourner à gauche et à droite Vitesse de déplacement réduite 10m par minute ±1m 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 Démarche technologique de développement du projet Schéma fonctionnel 2. Recherche de solutions techniques Bloc fonctionnelFonction à assurer Alimentation Fournir l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement du moteur et de l’électronique du système. Commande des moteurs Commander la rotation de chaque moteur dans le sens des aiguilles d’une montre ou inversement selon l’information envoyée sur une des entrées Transmission de mouvement et Réduction de vitesse Transmettre le mouvement de rotation à la roue et après avoir adapté la vitesse à celle demandée dans le CDC

16 Démarche technologique de développement du projet Recherche de solutions techniques : Commande des moteurs Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction

17 Démarche technologique de développement du projet Recherche de solutions techniques : Commande des moteurs 2. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction

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

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

21 Démarche technologique de développement du projet Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée  Expériences Roue dentée D Nombre de dents N Nombre de tours DE/DSNs/ NE E581 1,5 S38≈1,5 Roue dentée D Nombre de dents N Nombre de tours DE/DSNC/ NB E133 0,34 S38≈1 s Poulie Ø Diamètre N Nombre de tours Ø E /Ø S N S / N E E60 mm1 22 S30 mm2

22 Démarche technologique de développement du projet Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse 2. Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée  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 7200 tr/min 40 tr/min

23 Démarche technologique de développement du projet Recherche de solutions techniques : Adaptation de la vitesse 2. Recherche de solutions techniques Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée  Calculer le coût de chacune des deux solutions  Catalogues  Sites de fournisseurs sur Internet

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

25 Démarche technologique de développement du projet FC3Etre stable sur une surface plane Critères d’appréciationNiveau Bonne stabilité au sol 2 roues motrices et une roue folle Surface occupée au sol 26cm x 20cm Monter sur un tapis de sol Hauteur maxi du tapis = 1cm 2. Recherche de solutions techniques Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction - Imaginer et dessiner un croquis du châssis - Dessiner le châssis sur papier et faire une maquette en carton - Calculer le coût de sa solution Chaque élève du groupe : Réaliser un schéma, un dessin scientifique ou technique par une représentation numérique à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur - Choix des matériaux

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

27 Démarche technologique de développement du projet 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 Le système de détection d’obstacle et le système de détection d’une lumière restée allumée Le châssis La forme de la coque La source d’énergie Choisir une solution pour chaque problème Pour certaines solutions, faire une représentation numérique de la solution (Repérer pour un objet technique donné, sa durée de vie et les conditions réelles ou imaginées de sa disparition) (Identifier quelques procédés permettant de mettre en forme le matériau au niveau industriel et artisanal) (Repérer dans un objet technique donné une ou des évolutions dans les principes techniques de construction (Choisir, pour une application donnée, une énergie adaptée au besoin)

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

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

30 Démarche technologique de développement du projet 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 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps

31 Démarche technologique de développement du projet 1 Dresser la liste des opérations de fabrication - 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 -… Les élèves dressent la liste de toutes les opérations qui interviennent dans la fabrication du robot 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps

32 Démarche technologique de développement du projet 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. Liste des opérationsCodeAntériorité Planification des opérations A aucune Usinage des supports de transmission B A Usinage du châssis C A Assemblage de la transmission D B Assemblage du robot E D,G,F,H Réalisation de la commande des moteurs F A Montage du système de détection G C Formage de la coque H A Essai de fonctionnement I E 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps

33 Démarche technologique de développement du projet 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 0 22 A 231 B 23 ½1½ C 231 H 242 F 3 ½4 ½1 G 363 D 891 I 682 E 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps

34 Démarche technologique de développement du projet 4 Dessiner le planning des opérations 1234567…xx BD ACGEI F H On reporte ces opérations sur un calendrier en utilisant des couleurs 4. Réalisation et validation du prototype Planification de la réalisation dans le temps

35 Démarche technologique de développement du projet 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 4. Réalisation et validation du prototype Exemple d’activité : Planification de la réalisation dans le temps 1234567…xx BD ACGEI F H

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

37 Démarche technologique de développement du projet 4. Réalisation et validation du prototype Elaboration du trajet

38 Démarche technologique de développement du projet 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 4. Réalisation et validation du prototype Programmation du robot

39 Démarche technologique de développement du projet

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

41 Démarche technologique de développement du projet 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)

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