Agrégation externe SII - 2022 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Joug de mélée robotisé « STRONGARM »

Contexte

Le rugby est un sport dont les variantes sont nombreuses : rugby à XV, rugby à XIII ou encore rugby à VII. Malgré tout, ces disciplines présentent de nombreuses similitudes parmi lesquelles l’existence de mêlées fermées plus simplement appelées mêlées. Elles opposent, dans le cadre du rugby à XV (celui qui nous intéresse ici), 8 joueurs de chaque équipe dans une épreuve de force où il s’agit de pousser plus fort que ses adversaires afin de récupérer le ballon placé au sol, en terrain neutre.

Dans la logique de professionnalisation des joueurs, les besoins en termes de formation n’ont cessé de croître face aux exigences toujours plus élevées de performances individuelles et collectives. De plus, les accidents dans cette phase de jeu sont très fréquents : on en recense 16 000 chaque année en France, dont près de 800 traumatismes du rachis cervical, c’est-à-dire du haut de la colonne vertébrale. C’est donc dans ces logiques de performance et de protection des joueurs que la technologie s’est invitée au coeur même des centres de formation.

Divers types de machines ont déjà été développés, allant du joug traditionnel, à la machine à structure parallèle « M-rex » de Marcoussis, en passant par la « Scrum-machine » (joug semi-automatique) dont tous les comités départementaux sont d’ores-et-déjà équipés.

C’est dans ce cadre que l’Association Sportive Montferrandaise (ASM Clermont-Auvergne), club à forte tradition en termes de formation de joueurs de haut-niveau, a souhaité s’équiper d’une machine d’entraînement individuelle robotisée pour la mêlée fermée. Dans cette optique, l’ASM a collaboré avec SIGMA Clermont, Phiméca et 2MAtech pour élaborer un joug d’entraînement individuel à la mêlée fermée baptisé « Strongarm ».

Exigences globales du système L’analyse fonctionnelle globale du système est donnée en annexe 2. On pourra retenir les principales exigences liées à l’utilisation de ce système.

Architecture globale du système Le système Strongarm est constitué d’une tête de joug instrumentée reliée à un robot industriel 6 axes ABB IRB 6620 par un dispositif de changement rapide d’outil Destaco.

Ce système a été conçu pour simuler 4 scénarios différents :

Le pilotage du robot peut s’effectuer en commande manuelle, par l’intermédiaire d’une manette de jeu, ou en mode automatique avec des scénarios prédéfinis. L’opérateur peut accéder en temps réel aux mesures de poussée suivant les deux épaules du joueur. Le joueur peut, quant à lui, observer en temps réel sa poussée et sa posture en réalité augmentée grâce à un écran positionné sous la tête de joug et des caméras disposées tout autour du système (non étudiés dans ce sujet).

Présentation des problématiques et de l’objectif général du sujet

Les sept parties composant ce sujet ont pour objectif de valider la structure retenue pour le système Strongarm, au regard des exigences listées en annexe 3. Chacune de ces parties vise des objectifs spécifiques :

• la première partie, dépourvue de questions permet de s’approprier le sujet et le contexte d’étude ;
• la deuxième partie a pour objectif de valider le choix du robot ABB IRB 6620 ;
• la troisième partie porte sur l’étude de la cinématique du robot afin de valider l’adéquation du robot avec les performances attendues ; elle a également pour objectif de vérifier le dimensionnement des moteurs ;
• la quatrième partie s’intéresse quant à elle à la validation de l’asservissement choisi pour la commande de l’axe 1 du robot ; ? la cinquième partie a pour objectif de valider la conception de la tête de joug instrumentée ;
• la sixième partie a pour objectif de vérifier si l’interface tête de joug - robot est correctement dimensionnée ;
• la dernière partie consiste enfin à effectuer la synthèse des études menées au fil du sujet.