• Activité 1 : Conception et impression 3D d'un mécanisme pour obtenir un fonctionnement tourelle "Pan/Tilt" pour le laser.
  
• Activité 2 : Initiation au structure algorithmique avec le robot Moway.
• Activité 3 : Initiation à la programmation sur carte Arduino
  
• Activité 4 : cette activité se décline en 2 sous-activités montrant un aperçu des activités susceptibles d'être réalisée dans le cadre d'un bac S Sciences de l'ingénieur ou STI2D.
• Sous-activité 4.1 : Déterminer la vitesse maximale du bras de manège pour éviter l'évanouissement.
• Sous-activité 4.2 : Quantifier l'impact sur l'accélération et la vitesse de la voiture Tamiya électrique dans le cas d'un allègement de masse.
• Activité parallèle : cette activité est destinée à vous initier à la programmation en langage Python. Il s'agit d'une activité "joker" que vous pouvez décider de faire dès lors que les activités ne vous conviennent pas. Vous devez cependant commencer toute activité proposée pendant les enseignements d'exploration et seulement après la séance écoulée décider de basculer sur l'activité parallèle lors de la séance prochaine.

• Prendre connaissance de la vidéo introductive à l'impression 3D : vidéo introductive
  Vous pouvez demander des doubleurs de casques ainsi que des casques aux enseignants présents.
  Par ailleurs, le document de présentation de la vidéo est disponible ici.

• Très Important : Copier le dossier "EtauComplet2010" présent sur votre espace classe dans votre espace personnel "Devoirs"
• Ouvrir le logiciel SolidWorks et reproduire au fur et à mesure les pièces réalisées dans les tutoriels vidéos suivants.

• Ouvrir le logiciel SolidWorks puis depuis SolidWorks ouvrir l'assemblage EtauComplet.SLDASM. Cet assemblage correspond au travail final que nous vous proposons dans la présente activité.


• Visionner la vidéo ci-contre qui vous montrent l'objectif de la présente sous-activité et vous présente quelques rudiments indispensables à l'utilation de SolidWorks.


• Depuis SolidWorks, ouvrir le fichier "etauCompletSansContrainte.SLDASM" et visionner les vidéos suivantes et reproduire au fur et à mesure les assemblages réalisées dans les tutoriels vidéos suivants.

• Avec l'aide de l'enseignant responsable et son accord vous disposez du reste du temps imparti pour concevoir, dessiner et imprimer une pièce contribuant à la réalisation de la tourelle laser.

• Découvrir les capteurs qui contribuent aux automatismes du robot.
• Appréhender les structures algorithmiques de base.

Préambule : Pour procéder aux essais du robot, vous disposez du plateau en bois ci-contre. Les zones ou les parcours sont notés de A à G

• Visionner les vidéos de présentation du robot Moway et du logiciel Moway World et répondre aux questions suivantes :
• Quelles sont les conditions à satisfaire pour téléverser un programme dans le robot?
• Décrire le protocole pour utiliser l'interface "RC Control"
• Ouvrir le logiciel mOway World et lancer l'application "RC control". Tester l'interface de communication avec le robot et préciser quelles sont les informations recueillies et les actions suceptibles d'être ordonnées au robot.

• Quitter l'application "RC control" et téléverser le programme "enclosured.mpj". Vérifier le comportement du robot à l'intérieur des cadres "A", "B" et "C" du plateau en bois fourni pour les essais. Que constatez-vous?
• A partir de l'interface "RC control", définir un protocole expérimental permettant de caractériser les informations "vues" par le robot depuis ses capteurs de ligne.
  
• Procéder aux essais et consigner les résultats.
• Re-programmer le robot pour qu'il fonctionne dans le cadre "Bleu" tel qu'il le fait dans le cadre "Noir".

• Re-téléverser le programme Enclosured.mpj" et tester le sur le cadre "D"
• Vous allez devoir programmer le robot pour que son comportement soit dans le cadre "D" le même que dans le cadre "Noir". Pour mener à bien le programme, il est nécessaire de comprendre comment le robot détecte les obstables.
• Proposer un protocole permettant de caractériser les valeurs "vues" par le robot par les capteurs infra-rouge frontaux et de côté et ce en fonction de la distance des obstacle.
  Besoin d'aide ...? Cela suffira-t-il?
• Programmer le robot pour satisfaire au fonctionnement dans le cadre "D" et tester le.
  Remarque : on désire que l'évitement de l'obstacle se fasse au dernier moment et en utilisant uniquement les capteurs infra-rouges frontaux.
• Positionner le robot n'importe où sur le plateau (hors d'un cadre) et laisser le évoluer quelques temps de manière à noter un comportement au regard des obtacles non acceptable et modifier votre programme en conséquence.

• Téléverser le programme SuiveurLigne.mpj" et tester le sur le parcours E. Analyser le programme et remédier au dysfonctionnement.

On souhaite à présent que le robot suive le chemin indiqué ci-contre

• Programmer le robot pour satisfaire au cahier des charges (suivre le chemin et s'arrèter à la fin).
  Il est conseillé de procéder par étape. Ne pas essayer de réaliser le programme complet d'un seul coup.
  On vous rappelle que le robot est équipé d'un codeur sur chacune des roues lui permettant de savoir la distance qu'il a parcouru.

Pour réaliser cette activité nous allons essentiellement travailler avec la chaîne YouTube "U=RI" d'Alexandre PAILHOUX. Il propose des vidéos relatives à Arduino et de complexité croissante. La plupart des vidéos nécessites de les visualiser dans l'ordre croissant d'ajout sur la chaîne. Aussi, si vous décidez de regarder l'intégralité des vidéos, je vous conseille de vous rendre sur sa chaîne et de paramétrer l'affichage de la manière suivante : "Date d'ajout (la plus ancienne)".
Le but ici est bien évidemment de vous faire programmer la carte Arduino et d'y connecter divers périphériques (Leds, Capteurs ultra-sonores et servo-moteurs). Aussi pour progresser, il est nécessaire de visionner les vidéos et de réaliser les mêmes activités proposées sur la chaîne YouTube au fur et à mesure.
Il est vivement conseillé de sauvegarder vos programmes dans votre répertoire "mes devoirs" sur le réseau du lycée. Prendre des notes n'est pas un luxe non plus...

• Prendre connaissance de la vidéo ci-contre : Qu'est ce qu'Arduino
Vous pouvez demander des doubleurs de casques ainsi que des casques aux enseignants présents.



• Prendre connaissance de la vidéo ci-contre : Tutoriel installation
Les logiciels étant déjà installés sur les ordinateurs du lycée, la première partie de la vidéo n'est pas utile exceptée la protection de la carte. Aller cependant jusqu'au bout de la vidéo pour être en mesure de vérifier le bon fonctionnement de la carte.

• Une des difficultés lorsque l'on débute en électronique est la partie câblage sur Breadbord. Programmer un carte Arduino sans y connecter des capteurs, actuators (LED, Servo-moteur, Buzzer, etc) n'a pas vraiment d'intérêt. Le but des cette sous activité est de vous montrer qu'il existe un logiciel gratuit et en ligne qui vous permet de faire vos propres câblages avec une carte Arduino Uno et d'y implanter le code. L'avantage est que depuis chez vous sans matériel, vous pouvez continuer à vous initier à la programmation et aux câblages électroniques.

• Prendre connaissance de la vidéo ci-après : Interrupteurs et acquisition numérique


A partir de maintenant, tous les câblages et programmes seront réalisés sur le simulateur 123d Circuit et réalisés ensuite sur matériel réel sous réserve de succès à la simulation.

• Prendre connaissance de la vidéo ci-après : Potentiomètres et acquisition analogique

• Prendre connaissance de la vidéo ci-après : Qu'est ce que la P.W.M

• Prendre connaissance de la vidéo ci-après : Comment utiliser un servo-moteur?

• Prendre connaissance de la vidéo ci-après : Comment utiliser un capteur à ultrasons?
La vidéo fait état d'un afficher LCD pour afficher la distance détectée par le capteur. N'ayant pas réalisé l'activité relative à l'afficheur LCD, vous utiliserez le moniteur Série pour afficher les informations normalement affichées sur l'écran LCD.

• C'est à vous à présent de faire la synthèse des contenus abordés pour réaliser le programme définitif permettant de diriger la tourelle en fonction de la position des mains. L'approche de la main gauche permettra de piloter le servo-moteur Pan et la main droite le servo-moteur Tilt. Bon courage.

• Montrer aux élèves que sans avoir les systèmes matériels (en vrai!) il est possible de prédéterminer des performances et de dimensionner les constituants

• Cette activité est articulée autour de 2 sous-activités :
  • Sous-activité 4.1 : Déterminer la vitesse maximale du bras de manège pour éviter l'évanouissement.
  • Sous-activité 4.2 : Quantifier l'impact sur l'accélération et la vitesse de la voiture Tamiya électrique dans le cas d'un allègement de masse.



Les deux sous-activités sont disjointes de la thématique globale relative à la tourelle Pan-Tilt. Elles ont pour objectif de montrer un aperçu des activités qui pourraient être menées sans le cadre d'un enseignement de sciences de l'ingénieur (Bacs Sciences de l'ingénieur et Sciences Technique Industriel de Développement Durable).

Nous désirons déterminer la vitesse maximale du bras pour éviter l'évanouissement des personnes présentes dans la nacelle. Nous rappelons que l'évanouissement n'est lié à la vitesse mais à l'accélération subie par les passagers. La nacelle tournant parfois en même temps que le bras, cela entraîne une accélération susceptible de dépasser la valeur maximale de 6g imposée pour les manèges. (1g = 9,81 m/s²).
Pour vos essais, vous animerez la nacelle d'une vitesse constante et déterminerez la vitesse maximale à ne pas dépasser pour ne pas excéder 4g.
Nous estimons la longueur de bras à 20 m (10 m de part et d'autre), celle de la nacelle à 3 m et celle du mât de 15 m.
La rotation du bras par rapport au mât est de 10 tr/min maximum. Attention : la nacelle peut tourner dans les deux sens de rotation. Vous devrez donc procéder aux deux essais.


La question que vous vous posez est : "Comment faire quand on a aucune base scientifique de cinématique ?"


Nous vous invitons à regarder la vidéo ci-contre tout en reproduisant au fur et à mesure les manipulations réalisées dans la vidéo. Pour cela ouvrir le logiciel SolidWorks.
Une fois la maitrise du concept et de l'outil acquise vous serez en mesure de satisfaire au cahier des charges énoncé plus haut.


Si vous avez des difficultés à obtenir le même résultat que la vidéo explicative, prenez le temps de visionner cette dernière vidéo


Si malgré cela vous n'arrivez pas à réaliser le modèle en représentation schématique, vous pouvez le télécharger ici


Sous-activité 4.2 : Quantifier l'impact sur l'accélération et la vitesse de la voiture Tamiya électrique dans le cas d'un allègement de masse.

• Nous souhaitons prédéterminer les nouvelles performances cinématiques de la voiture radio-télécommandée Tamiya pour la modification suivante :
  • Dans un but esthétique, nous souhaitons remplacer la carroserie actuelle(en plastique ABS) par une belle carroserie en fer à l'ancienne.
  Cependant si les performances s'en trouvent diminuées (ce qui est prévisible) il faudra trouver une solution pour que les performances soient de nouveau acceptables.
• Avant d'envisager l'utilisation du modèle multiphysique, il est cependant nécessaire de vérifier certains paramètres du modèle.



• Nous vous invitons dans un premier temps à prendre connaissance de la vidéo ci-contre de présentation la voiture Tamiya.



• Il est temps à présent de comprendre le modèle multi-physique. Imprimer le document suivant et à partir de la vidéo ci-contre indiquer très distinctement où sont modélisés :
  • La batterie,
  • Le moteur à courant continu,
  • Les engrenages,
  • La rotation des roues sur le sol,
  • La résistance au déplacement de la voiture.


• Tentez une explication de ce que réprésente l'élément repéré "J" dans le modèle multi-physique.


• Assez de théorie.. c'est quand la pratique?
  Maintenant! Prenez le temps de visionner la vidéo ci-contre et réalisez au fur et à mesure sur le logiciel "OpenModelica" l'ensemble des manipulations proposées dans la vidéo.
  Le modèle est téléchargeable ici


• Modifier les paramétrages du modèle pour qu'ils soient conforment au document ci-contre puis déterminer la vitesse maximale atteinte ainsi que le temps mis par la voiture pour atteindre cette vitesse.
  
  
• Peser la voiture et modifier le cas échéant le modèle multi-physique. En déduire les nouvelles performances cinématiques.


• Le ratio "roue" est exprimé en rad/m. Il correspond au nombre de radians effectués par la roue pour un mètre parcouru. Proposer un protocole expérimental à partir de la voiture réelle pour vérifier ce ratio.


• On se propose à présent de remplacer la carroserie actuellement en ABS (plastique si vous préférez) par une carroserie en fer dans le but de donner à cette voiture un style "rétro". Il vous faudra vérifier les nouvelles performances cinématiques après modification.

Vous comprennez bien que le fait de modifier le matériau de la carroserie va changer la masse de la voiture. Vous allez utiliser le logiciel SolidWorks pour déterminer la nouvelle masse de la carosserie.



• Nous vous invitons dans un premier temps à visionner la vidéo ci-contre qui vous explique comment modifier les matériaux dans un modèle volumique et d'en déduire la nouvelle masse.
Le modèle volumique SolidWorks de la carrosserie est téléchargeable ici
• Réaliser un tableau permettant de consigner les informations suivantes:
  • La masse de la carrosserie réelle,
  • La masse de la carrosserie selon le modèle volumique.
  Comparer les deux masses obtenues et définir le cas échéant un coefficient correcteur.
• Modifier l'ABS par du Fer dans le modèle volumique de la carrosserie puis ré-investir les résultats précédents pour déterminer les nouvelles performances cinématiques de la voiture Tamiya.

Il existe un très grand nombre de langage de programmation, chacun avec leurs avantages et inconvénients (C/C++, C sharp, Visual Basic, Java etc). Nous vous proposons ici de vous initier au langage Python pour plusieurs raisons :

• il est multiplateforme (Windows, Linux, MacOs);
• il est gratuit;
• il est de haut niveau et interprété;
• il possède de nombreuses bibliothèques (scientifiques, graphiques, mathématiques, etc);
• il est orienté objet;
• il est utilisé en CPGE (Classe Préparatoire aux Grandes Ecoles).

Pour cet apprentissage de la programmation nous utiliserons le site France IOI.

Procédure :

• Connectez-vous au site France IOI avec votre compte Gmail ou Facebook. (Un compte Gmail est gratuit et vous permettra de sauvegarder vos programmes sur le Drive Gmail... à vous de voir! ;
• Une fois connecté, rejoindre le groupe "SecondeSiPmf" (menu gauche : cliquez sur "Groupes et classes") ;
• Ensuite rendez-vous dans "Cours et problèmes" (menu gauche), sélectionner "Python" et "Parcours lycée" ;
• Vous pouvez commencer à coder...

Conseils :
Les niveaux 3 à 6 ne sont accessibles qu'après avoir validé les niveaux 1 et 2.
Pour une bonne maîtrise des concepts, nous vous conseillons de réaliser l'intégralité des exercices de chaque niveau dans l'ordre, bien que seules les activités "Validation" soit nécessaires pour valider le niveau.