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Auteurs : Académie de :Séminaire national du 19 mai 2009 - Paris

Comment "habiller" un robot mobile ?

Conception d'une coque pour un robot mobile autonome destiné au nettoyage des sols

• Niveau : 4ième – Confort & Domotique

• Durée de la séquence : 4 séances

• Organisation de la classe ou du groupe : 5 x 4 élèves• Prérequis : Savoir utiliser les fonctions de base (ouvrir un

fichier, vues standards) de la visionneuse

• Les connaissances du programme de technologie : – Contraintes liées aux procédés et modes de fabrication :

formes possibles, précision accessible ;– Contraintes liées aux procédés de contrôle et de validation ;– Représentation structurelle : modélisation du réel (maquette,

modèles géométrique et numérique).

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• Les capacités du programme de technologie :

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Capacités Critères de réussite

Préparer un protocole de test et/ou de contrôle en fonction des moyens disponibles

• Protocole de test en lien avec le problème posé • Protocole pertinent• Utilisation raisonnée des moyens disponibles• Mise en œuvre du protocole réalisable

Créer une représentation numérique d'un objet technique simple avec un logiciel de C.A.O.

• Utilisation raisonnée de l'outil informatique• Utilisation raisonnée des tutoriels• Conformité géométrique et dimensionnelle

Rechercher et sélectionner un élément dans une bibliothèque de constituants pour l'intégrer dans une maquette numérique

• Bon choix du constituant• Bonne intégration du constituant dans la

maquette de l'objet (assemblage)

Mettre en relation des caractéristiques géométriques d'un élément et son procédé de réalisation

• Prise en compte des moyens de production dans la conception de l'objet

• Concordance entre la forme et la taille choisies pour l'objet et les moyens disponiblesEnoncer les contraintes techniques liées à la

mise en œuvre d'un procédé de réalisation

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Capacités Critères d’évaluation Indicateurs de réussite

Participer à la conception, à la mise en œuvre d’un algorithme, d’un protocole, d’une procédure, d’un programme :- proposer une méthode, un calcul, une expérience (protocole), un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole) ;

Pertinence (adaptation et reproductibilité)

Protocole en lien avec le problème posé (mesurer la distance de détection d'un obstacle)

Protocole réalisable avec les moyens disponibles

Protocole permettant de reproduire l'expérience

- mettre en œuvre un raisonnement, une méthode, un théorème, une formule, un protocole expérimental, une technique.

Conformité

"Montage" de l'expérience conforme au protocole

Réalisation de l'expérience conforme au protocole

Les Capacités du socle : Compétence 3B (1/4)




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Contrôler, exploiter les résultats :

- confronter le résultat au résultat attendu, valider ou invalider la conjecture, l’hypothèse ;

PertinenceSélection des résultats indispensables à la comparaison

Exactitude

Comparaison sans erreur de ceux qui sont en accord et ceux qui sont en contradiction

- estimer la précision d’une mesure.

CohérenceRésultat de la mesure en cohérence avec l'instrument utilisé

PertinenceEvaluation de la précision par les chiffres significatifs





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Présenter une observation, une situation, un résultat, une solution sous une forme appropriée :- exprimer un résultat, une solution, une conclusion par une phrase correcte (expression, vocabulaire, sens) ;

Conformité de l'expression

Grammaire, orthographe et syntaxe correctes

Précision Vocabulaire précis

CohérencePrésentation en relation avec le problème posé

- proposer une représentation adaptée (schéma, graphique, tableau, figure…) ;

Conformité Schéma conforme au protocole

- exprimer le résultat d’une mesure, d’un calcul(unité, précision…).

Exactitude Formule littérale correcte

Cohérence

Tous les nombres exprimés dans la même unité

Précision des nombres en adéquation avec les instruments utilisés





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Effectuer un geste technique en respectant les consignes, utiliser une formule :- suivre un protocole donné (suivre un programme, réaliser un montage à partir d’un schéma, utiliser un appareil de mesure) ;

ConformitéRésultat obtenu de manière conforme aux consignes

IntégralitéToutes les étapes du protocole ont été suivies, en respectant leur ordre

- mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure) ;

PertinenceChoix du bon instrument de mesure

ConformitéUtilisation correcte de l'instrument de mesure

- calculer, utiliser une formule ;

Conformité, cohérence Unités respectées

ExactitudeUtilisation d'une formule littérale pour obtenir la valeur

- réaliser tout ou partie d’un objet technique.

ConformitéObjet réalisé conforme au cahier des charges





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• Le support et son contexte : Robot mobile autonome avec programme d'évitement d'obstacles simulant un robot nettoyeur de sols

• Supports matériels : Robot et sa maquette numérique




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• La situation-problème : Comment "habiller" un robot pour qu'il soit efficace (nettoyage au plus près des obstacles) et esthétique (commercialisation)




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• La structure de la séquence :– Séance 1 :

• Mise en place de la situation problème ;• Présentation du robot observation en fonctionnement ;• Vérification de l'appropriation du problème par les élèves nécessité de

connaître la distance de détection des obstacles ;• Travail de groupe : élaboration d'un protocole d'expérience pour mesurer

la distance de détection.

– Séance 2 :• Rappel du problème à résoudre ;• Echange autour des premières investigations pour le protocole idées

pour les groupes qui ont du mal ;• Poursuite de l'élaboration du protocole passage du professeur dans les

groupes pour échanger et "aiguiller", vérifier la faisabilité avec les moyens disponibles.




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• La structure de la séquence :– Séance 3 :

• Poursuite de l'élaboration du protocole passage du professeur dans les groupes pour échanger et "aiguiller" ;

• "Montage" des expériences par les groupes d'élèves ;• Réalisation des expériences avec échange argumenté avantages et

inconvénients des différents protocoles, précision obtenue.

– Séance 4 :• Réalisation des expériences avec échange argumenté (suite)

avantages et inconvénients des différents protocoles, précision obtenue ;• Mesures sur la maquette numérique du robot en fonction du protocole choisi ;• Exploitation des résultats : calcul de la distance de détection à partir des

mesures obtenues et de la formule littérale correspondante au protocole ;• Mise au propre des protocoles rangement dans le classeur.




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• Les consignes données à l’élève :Vous allez élaborer un protocole d'expérimentation pour vérifier que ce robot détecte bien les

obstacles et mesurer la distance qui le sépare de l'obstacle au moment où il change de direction pour l'éviter.

Après avoir conçu le protocole, vous allez réaliser les pièces nécessaires en n'utilisant que les matériels à votre disposition :

• cartons ,• feuilles de plastique ,• feuilles de papier ,• réglets ,• feutres...Nous effectuerons ensuite l'expérimentation en mettant en œuvre successivement le protocole de

chaque groupe.Un échange argumenté nous permettra de comprendre les défauts de certains protocoles et de

choisir le mieux adapté.Nous connaîtrons alors la distance de détection des obstacles. C'est cette mesure qui servira de

base pour connaître la dimension maximale de la coque à l'avant du robot.Remarque : Pour mettre en place votre protocole, vous pouvez vous servir de la maquette

numérique du robot et prendre des mesures sur cette maquette. Pour savoir comment prendre une mesure sur la maquette numérique dans la visionneuse, : observez le didacticiel.

Vous pouvez aussi mesurer directement sur le robot réel mais attention à la précision de ces mesures...




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• Les aides, les guidances, les assistances :– Maquette numérique du robot ;– Didacticiel pour mesurer à l'aide du logiciel ;– Questionnaire pour guider l'élève vers les bons

questionnements ;– Assistance du professeur en cas de besoin.




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• Les modalités de l’évaluation 1/2 : le professeur rempli une grille d'évaluation

pendant la séquence et après (compte-rendu)

– Evaluation en cours de conception du protocole• Protocole en lien avec le problème posé (mesurer la distance de détection d'un

obstacle) ;

• Protocole réalisable avec les moyens disponibles ;

• Protocole permettant de reproduire l'expérience.

– Evaluation en cours de "montage" du protocole• Choix du bon instrument de mesure ;

• Unités respectées ;

• Grammaire, orthographe et syntaxe correctes ;

• Vocabulaire précis ;

• Présentation en relation avec le problème posé ;

• "Montage" de l'expérience.




Compte-rendu

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• Les modalités de l’évaluation 2/2 : le professeur rempli une grille d'évaluation

pendant la séquence et après (compte-rendu)

– Evaluation en cours de réalisation du protocole• Réalisation de l'expérience conforme au protocole ;

• Résultat obtenu de manière conforme aux consignes ;

• Toutes les étapes du protocole ont été suivies, en respectant leur ordre ;

• Utilisation correcte de l'instrument de mesure ;

• Utilisation d'une formule littérale correcte pour obtenir la valeur recherchée.

– Evaluation en cours d'exploitation des résultats• Sélection des résultats indispensables à la comparaison ;

• Comparaison sans erreur de ceux qui sont en accord et ceux qui sont en contradiction ;

• Résultat de la mesure en cohérence avec l'instrument utilisé ;

• Evaluation de la précision par les chiffres significatifs.




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• Feuilles de papier A3 ;

• Feuilles de plastique PVC expansé 2 ou 3mm ;

• Cartons ; chutes disponibles dans le laboratoire de technologie

• Sable ;

• Ruban adhésif large (type emballage).


Consommables



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• Machines : – Cisaille ou scie circulaire ;– perceuse sensitive ou machine à commande numérique ;– Thermo-plieuse.

• Outils :– Perçage : forets ;– Traçage : pointe à tracer, équerre, pointeau, marteau.

• Métrologie : réglet, équerre, pied à coulisse• Ressources :

– Maquette numérique du robot (eDrawings®) ;– Didacticiel de prise de mesures à l'aide de la visionneuse

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Moyens spécifiques



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• OpaleSupApp : chaîne éditoriale qui permet de générer deux supports de publication (web et papier) Cours, consignes et ressourcesLicence : libre Téléchargement : http://scenari.utc.fr/scenarisup/co/Enseignant.html

Remarque : logiciel facultatif destiné au professeur pour la conception du cours publié en pages html pour diffusion aux élèves.

• : visionneuse de fichiers de maquettes numériques crées avec

Téléchargement : http://www.edrawingsviewer.fr/pages/programs/download/index.html

Remarque : ce logiciel est disponible sur les ordinateurs de chaque îlot.


Logiciels utilisés



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Auteurs : Académie de :Séminaire national du 19 mai 2009 - Paris 20Jean-Luc Ponchant Grenoble



Fin

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