Séquence I2D/IT en 1STI2D Robot Aspirateur

Présentation du support d'étude :

L'objectif de la séquence, en direction d'élèves de classe de première STI2D, est d'étudier le produit "Aspirateur autonome" en associant le concept d'étude MEI (Matière-Énergie-Information) propre à la réforme de la formation STI2D de 2019.

Cette séquence a pour finalité :

• L'étude de l'innovation technologique et du design du produit ainsi que son impact environnemental
• L'étude fonctionnelle et structurelle du produit
• L'étude du comportement du produit dans sa conception (M), son déplacement (E), sa détection des obstacles (I) et sa gestion de l'énergie (E)
• L'étude des solutions technologiques pour sa construction
• La réalisation d'une maquette mettant en œuvre les concepts de la robotique et des produits mécatroniques

Mise en situation : Sur le thème du Confort : étude de la robotique domestique

On attendait beaucoup du robot au sein de la maison : les systèmes androïdes, le robot de ménage qui saurait faire la vaisselle, changer les draps et faire la lecture aux enfants. Bien que des robots dits "d'accompagnement" fasse timidement leur apparition, et outre les assistants vocaux, il n'en demeure pas moins que la majeure partie des applications robotiques propres à réaliser les tâches du quotidien des humains concerne essentiellement le robot aspirateur autonome.

Problématique de la séquence :

En quoi la robotique permet-elle d'améliorer le confort de vie domestique ?

La séquence est divisée en 5 séances, permettant l'étude jusqu'à la réalisation du produit "Aspirateur autonome".

Chaque séance se doit de répondre à une problématique, l'ensemble de ces problématiques permettant la mise en œuvre par les élèves du produit sous forme d'un mini-projet :

• SÉANCE1 Pourquoi le produit existe-t-il et qu'elle est son évolution ? (Innovation – DD et impact environnemental)
• SÉANCE2 Comment le produit fonctionne-t-il et qu'elle est sa structure ? (Étude Fonctionnelle et structurelle SysML)
• SÉANCE3 Comment le produit se comporte-t-il ? (Modélisation – Simulation – Chaine Info/Puissance)
• SÉANCE4 Comment le produit se conçoit-il ? (Écoconception, choix et impact des composants, choix logiciels…)
• SÉANCE5 Comment le produit se construit-il ? (Prototypage, test et validation)
• SÉANCE6 Présentation du projet à l'oral en groupe de projet (Restitution)

Modalités d'évaluation

• Évaluation des compétences :
  • Revue de Projet (Fin de la SÉANCE 5)
  • Présentation orale du mini-Projet (SÉANCE 6)
• Évaluation des connaissances :
  • Étude du Robot Tondeuse : Sujet format Type BAC (3H)

Savoirs associés par séance

• Séance 1
  • Activité 1 : Étude Innovation Technologique et Design (IT)
    • S 1.1.3 Approche design et architecturale des produits
    • S 1.3 Compétitivité des produits
    • S 1.3.2 Compromis complexité-efficacité-coût
    • S 1.4 Créativité et innovation technologique
  • Activité 2 : Analyse impact Environnemental (I2D)
    • S 1.5.2 Mise à disposition des ressources
    • S 1.5.3 Utilisation raisonnée des ressources
• Séance 2
  • Activité 1 : Étude fonctionnelle - SysML (I2D)
    • S 1.2.2 Ingénierie système – analyse du besoin
    • S 1.1.3 La fonction services rendus, besoins et usage
  • Activité 2 : Étude Structurelle - SysML (I2D)
    • S 2.1 Représentation des flux MEI
    • S 2.3 Approche structurelle des chaînes de puissance
    • S 2.4 Approche structurelle d’une chaîne d’information
• Séance 3
  • Activité 1 : Étude de la motricité du Robot (IT) – Modélisation Inventor
    • S 4.1.1 Représentation numérique des produits
    • S 5.2.3 Transmetteurs des mouvements
    • S 6.3.2 Mesure et validation de performances
  • Activité 2 : Étude de la détection des obstacles (I2D) - Modélisation Proteus ISIS
    • S 2.4.2 Acquisition et restitution de l’information
    • S 2.4.3 Codage et traitement de l’information
    • S 2.4.5 Structure d’une application logicielle
    • S 3.1 Modélisations et simulations
  • Activité 3 : Étude de l’autonomie énergétique (I2D) - Modélisation Scilab / Mesures sur système
    • S 3.3. Comportement énergétique des produits : PC : Énergie interne.
    • S 2.3.2. Stockage d’énergie : PC : L’énergie et ses enjeux.
• Séance 4
  • Activité 1 : Étude et conception des éléments supports du Robot (M) – Inventor (IT)
    • S 4.1.1 Représentation numérique des produits
    • S 4.2 Démarche de conception
  • Activité 2 : Étude des constituants de puissance du Robot (E) et conception logiciel (I) - Proteus ISIS et Arduino (I2D)
    • S 3.1.2. Paramétrage d’un modèle
    • S 4.1.2. Outils de représentation schématique
    • S 4.3.5. Conception informationnelle des produits : MATHS : algorithmique et programmation.
• Séance 5
  • Activité 1 : Réalisation du Prototype (IT)
    • S 6.1. Moyens de prototypage rapide
    • S 6.3. Vérification, validation et qualification du prototype d’un produit
  • Activité 2 : Tests, mesures et validation (I2D)
    • S 6.2. Expérimentations et essais