Des robots passés en revue - technologie n°188

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    [1] Docteur en automatique, professeur agrg de gnie mcanique au collge Professeur-Albert-Debeyre de Loos (59). Courriel: Raviart.david@club-internet.fr.

    1 Le parcours des robots

    tape 4

    Ralisationdu prototype

    Cahierdes chargesfonctionnel

    tape 2

    tape 3

    tape 1

    Analyse

    fonctionnelle

    Recherche de solutions

    Revue de projet

    Avant-projet

    Revue de projet

    Revue de projet

    Revue de projet

    Prototype dnir

    e choix du projet de troisime est contraint par les connaissances et capacits du programme faire

    acqurir, le caractre collectif et pluritechnologique de la ralisation, le rinvestissement et lappro fon dis-sement des acquis des classes de 6e, 5e et 4e, les quipements disponibles et les effectifs par classe.

    Le choix du collge Professeur-Albert-Debeyre se porte en 2011 sur la ralisation dun robot suiveur de ligne. La notion de comptition a t dterminante dans le choix du projet, les classes de 3e participant un concours de robotique au collge, inspir du challenge Artec aprs une anne de rodage avec une seule classe.

    Le concours consistera faire rouler le plus rapidement possible un robot entirement autonome le long dune ligne continue et sinueuse de 11,44 m, de 3 cm de large, peinte en noir, avec des rayons de 20 cm 1 .

    Les premires semaines de lanne servent prsenter le cahier des charges du concours, les outils dana-lyse et la cration du planning.

    Chaque groupe dlves ralise la planification de son projet, prcisant les objectifs de chaque tape, avec le logiciel GanttProject. la fin de cette premire squence, la notion de revue de projet est prsente. Il est convenu quil y en aura une la fin de chaque tape 3 .

    Les sances de revue de projet sont en effet la cl de vote dun projet concours robot. Cest le moment o les lves peuvent changer sur le travail effectu au cours de ltape ralise. Lors de ces sances, afin de ne pas dmotiver les lves, il faut veiller ce que la critique soit tou-jours positive, et fasse comprendre pourquoi une solution nest pas bonne par rapport au projet (complexit de ralisation, cot). Pour le profes-seur, les revues de projet servent remotiver chaque groupe en ravi-vant lesprit de comp tition. Elles permettent aussi de suivre lavan-cement, de valider les capacits

    Pour corser le tout, il y aura deux pistes, avec des circuits diffrents mais des configurations gomtriques iden-tiques. Chaque robot pourra avoir ses formes propres, mais la base moto-risation et circuit lectronique 2 en aura t donne aux lves. Le concours se droulera comme un championnat. Pour accder la manche suivante, il faudra parcou-rir le circuit avant son adversaire et ne pas dpasser la minute. Si aucun des deux ne parvenait finir dans les temps, celui qui aura parcouru la plus grande distance sera qualifi. La seule raison qui pourrait disqualifier une quipe lhomologation avant la course est labsence de coupe-circuit accessible pour loprateur.

    Larchitecture pdagogique du projet

    Les revues de projetLe projet se droulera sur 26 semaines, en 52 heures lves. Sa russite requiert de la part de lensei-gnant une stratgie de suivi claire et simple, sur toute lanne, afin de ne pas perdre dlves en cours de route.

    mots-cls dmarche pdagogique, projet, ralisation collective

    PROJET EN 3e

    Des robots passs en revueDAVID RAVIART [1]

    Suivi de lavancement des travaux, valuation et consolidation des acquis, dfinition des objectifs, mulation, les sances de revue de projet sont des moments cls de ce dernier, loccasion pour les lves dchanger et de dfendre leurs choix, et pour les enseignants de les remotiver. Dmonstration.

    2 Le circuit lectronique du robot programmer

    3 Le droulement du projet

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    tape Objectifs Nombre de sances

    tape prliminaire

    Lancement du projetCration des groupes Cahier des chargesPlanning

    3

    tape 1Analyse fonctionnelleTravail de recherche documentaire au CDI Sance de brainstorming

    4

    tape 2Arrt dune solution technologique pour une fonction donne Validation thorique de la solution retenue

    5

    tape 3Ralisation du dossier technique de la maquette Programmation

    4

    tape 4 Ralisation complte du prototype 8

    tape 5 Prsentation du projet (PowerPoint) et challenge 2

    4 Les tapes du projet

    qui le produit rend-il service ?lve participant au challenge

    Dans quel but ?Se dplacer suivant une ligne noire en un temps donn

    Sur quoi le produit agit-il ?Le dplacement du robot

    ROBOT

    5 Le diagramme bte cornes

    ROBOT

    FC1

    Oprateur

    FC6FP1

    SCURITFC3

    RGLEMENT

    FC2FC4

    PRIX

    FC5

    NERGIE

    Ligne noire

    SUPPORT

    acquises, et de dfinir les objectifs qui devront tre atteints la pro-chaine revue.

    Les tapes du projetLes tapes du projet sont calques sur celles dun projet industriel 4 ; dun point de vue pdagogique, elles forment les centres dintrt:

    Appropriation du cahier des chargesRecherche de solutions techniquesChoix de solutions Ralisation du dossier numrique et de la programmation

    Ralisation du prototypePrsentation finaleDans la pratique, ces tapes ne

    sont pas linaires, et laboutissement de lune dentre elles peut entraner une remise en cause de dcisions antrieures.

    Le droulement du projet

    Lappropriation du cahier des chargesLes lves ralisent un diagramme bte cornes 5 et un diagramme

    pieuvre 6 , qui leur facilitent la comprhension du rglement du concours et la ralisation du cahier des charges de leur robot 7 .

    La recherche de solutions techniquesLa mthode utilise pour rechercher des solutions est le brainstorming. Les lves ont leur disposition tout le matriel du laboratoire de technologie, comprenant aussi bien les ordinateurs que la base du robot (motorisation, circuit lectronique).

    Lors de cette sance, les lves doivent fournir un croquis et une description technique de leur solution. Sappuyant sur les connaissances acquises en classe de 4e sur les robots, ils proposeront le plus souvent le pilotage par servomoteur ou le

    Fonction Description de la fonction

    FP1Suivre une ligne noire le plus rapidement possible

    FC1 Respecter la rglementation du concours

    FC2 Respecter les rgles de scurit

    FC3 tre programmable par loprateur

    FC4 Rentrer dans le budget du collge

    FC5 tre aliment en nergie

    FC6 Ne pas dtriorer le support

    6 Lanalyse fonctionnelle externe par le diagramme pieuvre

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    le robot et daffiner le rglage de la trajectoire.

    La seconde sance a pour objectif dapprofondir la solution technique. Chaque groupe ralise un diagramme Fast 8 et reprsente les chanes dnergie et dinformation en tudiant le fonctionnement du robot 9 . Les lves doivent aussi crer le modle numrique du robot sous Google SketchUp 10, qui sera repris dans la prsentation numrique.

    Le Fast servira de support la deuxime revue de projet ; les lves comprendront alors mieux lintrt de cet outil danalyse.

    La programmation et le dossier numrique Matriel disponible en salle de technologie:

    Matriel dassemblage (fers souder, tournevis, etc.)Ordinateur avec le logiciel Programming Editor et le kit RobotProgLa programmation des moteurs

    est simple comprendre, mais moins vidente mettre en uvre 11 . Les lves utilisent le kit RobotProg pour larchitecture physique de leur robot. Pour la programmation, le logiciel Programming Editor, qui permet lcriture des programmes par organigrammes, a t prfr, dautant que les lves avaient dj travaill avec en quatrime.

    Les deux capteurs ut i l iss sont constitus dune led et dun phototransistor infrarouge (IR). Les capteurs sont points vers la surface du plateau de course, la led met des rayons infrarouges, et le phototransistor agit comme rcepteur. La couleur noire de la ligne rflchit moins intensment que la surface blanche qui lentoure. En fonction de la dtection par lun ou lautre des phototransistors de la prsence de la bande noire, le robot doit tourner droite ou gauche.

    La programmation est faite ttons par les lves. Ils programment, puis teste sur le robot. eux de comprendre sa raction lorganigramme test. Cette tape peut tre longue, mais elle est importante pour la suite du projet.

    La ralisation du prototype Matriel disponible en laboratoire de technologie:

    Perceuses1 thermoplieuse1 guillotine1 commande numrique Charly4you pilot par le logiciel CharlyGraalLa base du robot a t fournie

    chacun des groupes dlves ; ils doivent maintenant en raliser la coque 12. Elle doit remplir deux critres: tre esthtique et protger le robot des chocs. On demande aux groupes les plus rapides dtudier la possibilit de fournir au robot une

    pilotage par quatre moteurs courant continu.

    Le choix de la solution Lors de la revue de projet, la combi-naison de la motorisation et de la direction ralise avec deux moteurs courant continu est choisie pour sa facilit de programmation et son faible cot. Elle permettra de faire pivoter le robot dans les courbes, un moteur tournant pendant que lautre est larrt. Le robot pourra donc suivre les lacets du circuit. Tout lenjeu est de trouver les lments qui vont composer

    Fonction Critres Flexibilit

    FP1 : Suivre une ligne noire le plus rapidement possible

    Temps