ETUDE DE CAS ASPIRATEUR AUTONOME FONCTION

Enseignement d’exploration
SI
ETUDE DE CAS ASPIRATEUR AUTONOME
FONCTION DEPLACEMENT
Matériel ressource :
Documents ressources :
o Un PC de la salle
o Dossier technique
o L’aspirateur et son équipement
o Dossier de présentation élève
o Un moyen de chronométrage
o La maquette Solidworks / eDrawing
Compétences attendues :
-
Caractériser les fonctions d’un système technique.
-
Etablir les liens entre structure, fonction et comportement.
1. Présentation de l’activité :
Le système aspirateur autonome s’est développé récemment et répond au besoin d’utilisateurs qui souhaitent
avoir un logement propre mais qui n’ont pas le temps de s’en occuper.
Afin de satisfaire ce besoin, l’aspirateur doit remplir deux fonctions essentielles :
•
Se déplacer (de façon autonome) dans une pièce donnée.
•
Nettoyer la surface sur laquelle il se déplace.
Au cours de cette étude de cas, composée de trois activités, vous allez étudier la partie opérative de
l’aspirateur autonome. Cette étude vous permettra de faire un bilan des performances économiques et
environnementales du produit.
Fort de ces conclusions, vous serez alors en mesure de proposer des évolutions pour cet aspirateur.
Cette première activité sera consacrée à l’étude des composants de l’aspirateur autonome qui
permettent de réaliser les fonctions techniques FT1 et FT2 (voir le dossier de présentation).
Vous présenterez les résultats de votre étude à l’aide du diaporama fourni, à compléter au fur et à mesure.
S.Ansoud
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HENSION DU SYSTÈME
1. Lisez le dossier de présentation (complet) et le dossier technique du système (pages 1 à 9
uniquement).
2. Ouvrez la maquette SolidWorks (ou eDrawing) de l’aspirateur.
3. Ouvrez le diaporama à compléter (situé dans le dossier ressource).
4. Si vous découvrez ce système, procédez à quelques essais afin de mettre en pratique les modes de
fonctionnement annoncés dans la documentation fournie.
5. Identification des effecteurs :
Diaporama, pages 2 et 3 : En vous aidant de l’aspirateur réel et des divers documents fournis :
-
Entourez en rouge les effecteurs liés à la fonction technique FT1 : « Nettoyer les poussières du
sol »
-
Entourez en bleu les effecteurs liés à la fonction technique FT2 : « Se déplacer
automatiquement »
6. Schématisation de la partie opérative :
Diaporama, page 4 : En observant le système, on peut remarquer que les divers composants sont agencés,
horizontalement, sur un même plan. Une vue plane suffit donc à schématiser les emplacements des
divers éléments de la partie opérative.
-
A l’intérieur du cercle représentant l’aspirateur autonome, disposez les divers éléments de la
partie opérative.
-
Reliez les éléments à leurs noms, dans la légende.
-
Modifiez les couleurs des divers éléments de façon à correspondre à la légende.
S.Ansoud
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REALISATION DE LA FONCTION FT23 : SE DEPLACER
2. Réalisation de la fonction FT23 : Se déplacer
SI
La fonction technique FT23 peut être ellemême décomposée en trois fonctions
techniques.
7. Observation de la chaîne cinématique
-
Lisez la partie du dossier technique concernant les roues motrices.
Ouvrez la maquette SolidWorks nommée ensemble gauche disponible dans le dossier ressource.
En faisant un clic droit dans l’arbre de construction, cachez les pièces :
o
o
o
o
Carter A
Carter B
Carter cache courroie
Roue
Ceci afin d’obtenir la vue ci-
contre.
L’arbre de construction
-
Animez le mécanisme en faisant tourner l’arbre du moteur afin de comprendre son fonctionnement
(et/ou regardez la vidéo proposée)
8. Etude de la fonction FT231. Diaporama, page 5 : Nommez la solution technologique qui réalise la
fonction technique FT231.
9. Etude de la fonction FT231. Diaporama page 6 : Complétez le diagramme bloc en précisant les
raisons (rapports de transmission) associées à chaque étage de la transmission.
S.Ansoud
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10. Etude de la fonction FT232. Diaporama, page 5 : Sachant que l’aspirateur dispose de deux roues
motrices (pilotées indépendamment) mais d’aucune roue directrice, identifiez le principe utilisé ici
pour permettre à l’aspirateur de s’orienter.
11. Etude de la fonction FT233. Diaporama, page 5 : Nommez la solution technologique qui réalise la
fonction technique FT233.
12. Etude de la fonction FT233. Diaporama, page 7. Indiquez à l’aide de flèches l’endroit où est
réalisée la mesure de position angulaire des roues motrices (à la fois sur l’image fournie et sur le
diagramme bloc).
13. Etude de la fonction FT233. Diaporama, page 7. Répondez à la question qui est posée (vous devrez
la justifier d’abord devant votre professeur, puis lors de la présentation, devant vos camarades).
3. Caractérisation de la fonction FT23 : Se Déplacer
La partie suivante de l’étude vise à caractériser la fonction technique FT23, c’est-à-dire à évaluer les
performances relatives aux déplacements de l’aspirateur. On ne s’intéressera ici qu’aux performances en
ligne droite.
La mesure des performances de cette fonction nous permettra ultérieurement de comparer la solution
technologique actuelle à d’autres solutions possibles.
Ces mesures seront basées sur trois critères :
-
un critère de vitesse maximale
-
un critère de force motrice maximale
-
un critère de puissance maximale
Remarque :
Les mesures suivantes sont à effectuer sur une surface plane, propre et présentant une bonne
adhérence avec les roues de l’aspirateur. Il est impératif de veiller avant chaque mesure à la sécurité
des personnes et du système. Ainsi, l’aspirateur ne doit en aucun cas être susceptible d’être heurté
par les pieds d’une personne, ou bien de tomber d’une hauteur quelconque. Vous êtes responsable
du matériel.
S.Ansoud
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14. Mesure de la vitesse maximale. Diaporama, page 8
SI
Faites valider votre protocole de mesure par votre professeur.
-
Dégagez une portion de sol (d’un mètre de large sur deux à trois mètres de long environ) de toute
forme de poussière ou obstacle, et posez l’aspirateur au début de cette portion, de telle façon qu’il
soit aligné pour la parcourir entièrement en marche avant.
-
Préparez deux repères sur le parcours (en ruban adhésif par exemple) : le premier 50 cm après le
départ et le second vers la fin du parcours, au moins 1 m après.
-
Mettez l’aspirateur sous tension. Il sera ici commandé via la télécommande.
-
Effectuez trois mesures comme suit : envoyez la consigne de marche avant (touche FORWARD),
déclenchez le chrono au passage du premier repère, arrêtez le chrono au passage du dernier repère et
arrêtez l’aspirateur (touche FORWARD).
-
Remplissez le tableau sur le diaporama, page 8.
15. Mesure de la force motrice maximale. Diaporama, pages 9 à 11
Faites valider votre protocole de mesure par votre professeur.
-
Sur un support (table) incliné, dont vous aurez mesuré la longueur et sur lequel vous aurez pris un
repère qui vous permettra de mesurer l’inclinaison, disposez le robot en suivant le protocole cidessous, illustré sur le diaporama (faites-vous aider par des camarades).
o un élève tient le support incliné,
o un élève mesure l’inclinaison en continu,
o un élève actionne la télécommande,
o un élève empêche l’aspirateur de partir en arrière durant toute la mesure.
-
Déterminez l’inclinaison maximale de la table pour laquelle l’aspirateur réussit à démarrer et/ou
maintenir sa position (une seule mesure, mêmes étapes que précédemment).
-
Grâce aux tableaux inclus dans le diaporama, déterminez la force motrice maximale que les deux
roues sont capables de transmettre au support (table ou sol).
S.Ansoud
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4. Critique des résultats obtenus
SI
16. Calcul de la puissance motrice utile Pmu de l’aspirateur. Diaporama page 12
On admettra ici que la puissance motrice utile Pmu est le produit de la vitesse maximale de l’aspirateur
(en mètres par seconde : m/s) par la force motrice maximale de l’aspirateur (en N). Cette puissance
s’exprime en watts (W) : 𝑷𝒎𝒖 = 𝑭𝒎𝒂𝒙 × 𝑽𝒎𝒂𝒙
17. Critique du résultat. Diaporama page 12
Lors du test de force motrice maximale (table inclinée) : quel vous a semblé être le facteur limitant ?
Quel phénomène semblait empêcher l’aspirateur de gravir une pente supérieure ?
Que peut-on donc dire de la puissance réellement apportée à la roue par l’ensemble de la transmission,
par rapport à la puissance transmise par la roue au sol ?
18. Critique du résultat. Diaporama page 12
L’aspirateur est-il prévu pour gravir de fortes pentes ? Une telle puissance se justifie-t-elle de ce point de
vue ?
19. Critique du résultat. Diaporama page 12
En observant l’aspirateur fonctionner de façon autonome, et notamment réagir aux obstacles qu’il
rencontre, identifier une raison probable pour laquelle les concepteurs ont choisi des roues motrices aussi
puissantes.
Que se passerait-il si les roues motrices étaient moins puissantes (et donc plus économes) ? En quoi les
prestations seraient-elles moins intéressantes pour l’utilisateur final ?
S.Ansoud
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