Des LEGO® pour la CAO, pour la robotique et pour jouer

Le journal de la 3D en 3D
une publication du portail
Décembre 2007
Editorial
Le Père Noël est en avance sur
son temps !
Ce n’est pas la première fois que
nous parlons de personnalisation de
masse (Mass customization) dans
cette revue.Je vous en rappelle le
principe : vous permettre d’acheter
un produit «grand public» mais qui
vous est propre ou que vous avez
configuré. Un exemple ? Combien de
calendriers 2008 seront fabriqués à
partir des photos des internautes ?
Pour l’instant la personnalisation des
formes n’est pas encore très développée. Elle fait souvent appel à des
techniques de numérisation 3D et de
fabrication rapide comme c’est le cas
déjà pour certaines prothèses médicales, auditives ou dentaires (voir les
numéros 4 et 9 de cette revue).
La marque LEGO a sans doute la
forme la plus aboutie de personnalisation de masse, avec ceci de spectaculaire qu’elle s’adresse à des enfants qui vont concevoir eux-mêmes
leur jouet en 3D et le recevoir quelques jours après dans une boîte personnalisée ! La seule intervention des
parents se situera au moment du
paiement en ligne (quand même !).
En y réfléchissant bien, c’est plus
simple pour LEGO que pour tout
autre fabricant puisqu’il s’agit d’un jeu
d’assemblage. Mais il fallait y penser
et le faire de façon agréable. Du coup,
des designers en herbe ou professionnels se mettent à inventer des
modèles à l’infini, que chacun peut
commander à la «LEGO Factory» (ne
manquez pas la superbe galerie de
trains). Vous pouvez vous-même proposer vos réalisations aux autres
passionnés sur le site dédié. Car naturellement, vous qui êtes fous de
CAO, vous êtes sûrement comme
moi un peu fous de LEGO ...
Bonne lecture interactive
Denis LOURME
N°12
spécial Noël 2007
Des LEGO pour la CAO, pour
la robotique et ... pour jouer !
®
La marque la plus célèbre de briques est née en 1949, plus de 20 ans
avant les premiers logiciels de DAO (plus encore pour la CAO). Pourtant, quel bel exemple de performance technique (et commerciale) quand
on pense que les nouvelles briques, parfois fort sophistiquées, s’assemblent avec les plus anciennes !
Nous n’allons pas parler ici de la conception du «produit» par le constructeur - voir l’encadré ci-dessous - mais de son utilisation dans l’apprentissage de la mécanique, des automatismes et de la robotique.
Car LEGO, autour de sa gamme MINDSTORMS a développé une série
de mallettes très technologiques à destination du monde éducatif, tandis qu’un enseignant minutieux a modélisé presque toutes les briques
pour les utiliser dans l’enseignement la CAO !
dans ce numéro
Apprendre la CAO : un jeu
d’enfant ? Des LEGO au
format SolidWorks.
Modèle 3D. Page 2.
Expliquer les automatismes et la robotique avec
les mallettes pédagogiques.
Modèle 3D. Page 3.
De l’expérimentation à la
compétition.
Modèle 3D. Page 4.
Concevoir en 3D son
jouet et le commander
« pour de vrai » Page 5.
infos pratiques
En dernière page : Liens utiles - Découvrez le CADreport Edition francophone.
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Rendons à NX...
Il y aura sans doute deux catégories de
lecteurs pour ce numéro spécial de
(3D)2 : les fans de LEGO et les utilisateurs de CAO, fidèles à cette revue,
même si l’intersection des deux populations n’est sûrement pas un ensemble vide !
L’acronyme NX va donc avoir une signification différente suivant qu’on fasse
partie d’un groupe ou de l’autre : Le premier pensera sans doute à l’une des
versions d’un robot LEGO MINDSTORMS (aujourd’hui baptisé NXT). Le
second pensera plus volontiers au logiciel CAO de Siemens PLM Software (ex
UGS) qu’utilise justement le fabricant
danois pour concevoir ses produits.
Il se trouve qu’en raison des thèmes
abordés et de sa forte présence dans
le paysage éducatif français, nous parlerons plus de SolidWorks... tout en
espérant consacrer un prochain (3D)2
à NX !
En attendant, pour en savoir plus sur
le logiciel NX de Siemens
PLM Software, cliquez ici.
1/5
Apprendre la CAO : un jeu d’enfant ?
Philippe Lafarge est professeur de mécanique au Lycée de Borda à Dax (Landes). Il
utilise depuis de nombreuses années les
mallettes pédagogiques LEGO® EDUCATION (voir page suivante) pour illustrer les
automatismes, la robotique ou simplement
les bases de la mécanique générale. Il a eu
l’idée d’introduire les briques sous forme virtuelle dans l’apprentissage de la CAO et a
donc créé une bibliothèque de modèles correspondant aux gammes Racer, Technic et
Mindstroms.
Le logiciel de CAO SolidWorks est très présent dans les collèges et lycées techniques
et au-delà dans l’enseignement supérieur
(IUT, écoles d’ingénieurs, …). C’est pour
cela que Philippe Lafarge a retenu cet outil
et ce format. Un projet à la fois gigantesque
et minutieux : « Les briques sont apparemment simples, explique-t-il, mais chacune
d’elles a demandé une longue réflexion et
un travail important, particulièrement dans
l’exploitation des fonctions paramétriques du
logiciel pour générer les familles de pièces.»
C’est grâce à ce travail que nous pouvons
illustrer ce numéro, car en plus de la conception de la bibliothèque (les pièces y sont
référencées de manière explicite en français
et classées dans des répertoires appropriés)
Philippe Lafarge a reproduit un grand nombre de modèles célèbres.
A l’écran, puis en vrai
« L’utilisation des bibliothèques au sein de
SolidWorks est un moyen efficace et agréable d’apprendre par exemple la notion d’assemblage, d’historique de construction ou
de nomenclatures, poursuit Philippe
Lafarge, d’autant que l’on peut ensuite réaliser physiquement le modèle et valider sa
conception. Les élèves utilisent les bibliothèques CAO de la Seconde à la Terminale
(mini-projets, TPE, PPE). En post-bac, il est
possible d’aller plus loin dans la simulation
cinématique en utilisant CosmosMotion
(ndlr : le logiciel de simulation cinématique
de SolidWorks) sur les modèles réalisés. »
La société EDUCAD commercialise les
bibliothèques développées par Philippe
Lafarge. Elle fait même bénéficier les lecteurs de (3D)2 d’un prix très avantageux
pour l’ensemble «SwCadDb» (voir cicontre) + pack «NXT» de plus de 1000
briques . Offre réservée aux établissements
scolaires, universitaires et aux particuliers.
Cliquez ici.
Modèle 3D
Zoom sur le modèle
Retour pleine page
Aide
Cet assemblage réalisé sous SolidWorks reproduit le fameux AT-AT Imperial de la
gamme Star Wars, réalisé à partir de la bibliothèque de briques « NXTpack » proposée par EDUCAD. A noter que pour alléger le poids de notre revue, nous avons retenu d’inclure ce modèle sous la forme solide (Brep pour les spécialistes). Il en résulte une attente avant l’affichage du mode 3D, qui dépendra de la puissance de
votre ordinateur.
Découvrez également
le numéro « Spécial
Education » que (3D)2
avait consacré au
logiciel SolidWorks
début 2007
La société EDUCAD commercialise égaleCliquez sur l’image
ment SwCadDb, un catalogue CAO de com- ci-contre.
posants normalisés (profilés, visserie, ressorts, roulements, engrenages, formes...),
toujours au format SolidWorks. Destinée initialement au milieu éducatif, la bibliothèque
SwCadDb est fournie avec un certain nombre d’utilitaires (animation, simulation cinématique 2D, ...) certes moins puissants que
les modules avancés de SolidWorks mais
conçus dans un objectif pédagogique et
donc plus accessibles aux élèves des collèges et lycées.
Pour l’industrie aussi
On notera que la bibliothèque SwCadDB a C’est l’ajout d’un gestionnaire de nomenreçu le label RIP (Reconnu d’Intérêt Péda- clatures associé à SwCadDB qui a suscité
gogique) décerné par le ministère de l’Edu- l’intérêt d’industriels (comme le CEA ou
cation Nationale. il identifie « les logiciels et Saint-Gobain Pont-à-Mousson, ...) pour la
les créations multimédias qui, après exper- bibliothèque proposée par EDUCAD.
tise par des enseignants et
Découvrez en cliquant ici les conditions
spécialistes du domaine
d’utilisation de la bibliothèque SWCAD
répondent aux besoins et
(étendue aux formes et engrenages) hors
aux attentes du système
secteur éducatif. Une offre spéciale
éducatif. »
est là aussi réservée à nos lecteurs. 2/5
Parce que tout n’est
pas fait en briques ...
Robotique et travail « collaboratif »
autour d’une brique intelligente
LEGO a développé une gamme de matériels et logiciels destinés au milieu éducatif.
Proposés sous forme de mallettes pédagogiques, les LEGO MINDSTORMS permettent aux enseignants et animateurs d’apprendre aux enfants de plus de
10 ans les techniques des automatismes et de la robotique.
Ces produits existent depuis de
nombreuses années
mais ils ont suivi les progrès technologiques
pour aboutir à un matériel particulièrement riche en
possibilités.
Jugez-en plutôt : la mallette de
base (photo) est aujourd’hui organisée
autour de la nouvelle brique intelligente
LEGO NXT et du logiciel LME (LEGO
MINDSTORMS Education) basé sur
LabVIEW de National Instruments.
Ce logiciel remplace désormais Robolab qui
reste commercialisé pour les détenteurs de
la brique RCX d’ancienne génération.
La brique intelligente fonctionne de manière
autonome quand on lui a chargé (et même
téléchargé avec une adaptateur bluetooth
proposé en option) un programme conçu sur
un ordinateur à l’aide du logiciel LME. La
programmation est simplifiée grâce à des
icônes (actions et captures d’informations
ou d’évènements) enchaînées de façon
Modèle 3D
logique par simples « glisser-déposer ».
La mallette de base comprend en outre 3
moteurs pilotables par la brique NXT (chacun d’eux étant doté d’un capteur de rotation), 2 capteurs de contact, 1 capteur de
lumière, 1 capteur audio et des éléments «Technic» (briques, axes,
roues, engrenages, ...). La version
dédiée au milieu éducatif comprend
en outre une batterie rechargeable
et le logiciel Robot Educator Tutorial
(39 «aides » animées) pour guider
les enseignants dans la prise en
main de ce kit. Cette mallette de
base est complétée par de nombreuses boites complémentaires
et pièces détachées.
Yves PHILIPPE est Responsable Services
Marchés chez Jeulin (voir ci-contre) qui distribue ces produits auprès des établissements d’enseignement : « Les solutions
LEGO Education s’appuient sur une approche pédagogique qui encourage les élèves
à participer à un processus d’apprentissage
créatif et dynamique. Au lieu de mémoriser
les acquis d’autres personnes, des défis les
encouragent à utiliser leur propre imagination, à exercer leurs propres compétences
et à coopérer avec d’autres élèves ». De
quoi être optimiste pour le développement
du travail collaboratif dans les entreprises
ces prochaines années !
Zoom sur le modèle
Retour pleine page
Modèle
Aide
Où se procurer les produits de
la gamme LEGO EDUCATION ?
La société Jeulin est basée à Evreux en
Normandie. Spécialiste du matériel du matériel didactique couvrant les besoins de l’enseignement des sciences et de la technologie (du primaire à l’enseignement supérieur), elle propose en particulier la gamme
complète des LEGO MINDSTORMS pour
l’Education (téléchargez ici un extrait du
catalogue PDF). Plus largement, Jeulin distribue des solutions, mobiliers d’expérimentation et ressources documentaires nécessaires aux travaux pratiques.
Jeulin dispose d’un service R&D et est également éditeur de logiciels. Elle a en particulier développé le concept d’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans
les domaines de la physique et de la biologie. Jeulin compte 230 salariés et assure la
distribution des produits de son catalogue
en France métropolitaine, dans les DOMTOM, dans plus de 450 Etablissements
Français à l’Etranger mais aussi à l’export
sur les cinq continents.
www.jeulin.fr
Pour le grand public
Pas toujours facile de trouver en France les
LEGO MINDSTORMS, dont le packaging
est par ailleurs légèrement différent de la
gamme Education. Si cet article vous a
donné envie de les découvrir, rendez-vous
dans des magasins spécialisés ou sur
Internet (par exemple www.robopolis.com)
Le Tribot NXT
Voici un des robots que vous pourrez
réaliser avec la mallette de base NXT
9797.
Il utilise la brique intelligente NXT, trois
moteurs, un capteur à ultrasons (au
dessus des pinces), un détecteur de
contact (derrière la barre verticale à
l’avant du robot) et un capteur de lumière (sous le robot). Les câbles électriques n’ont pas été représentés.
Ce modèle animé a été réalisé sous
SolidWorks avec le pack de briques
distribué par EDUCAD (voir
page 2).
3/5
De l’expérimentation à la compétition
La FIRST LEGO League : plus
qu’un concours de robots
Pour être amicale, la compétition n’en est
pas moins d’ampleur internationale. La
FIRST LEGO League (FLL) concerne chaque année des milliers d’enfants et leurs professeurs ou
accompagnateurs d’une
quarantaine de pays. Elle
attire aussi des clubs et
des associations, voire des particuliers.
Elle tire son nom de la FIRST
(For Inspiration and Recognition of Science
and Technology), une association américaine pour l’éducation. Avec la collaboration
de LEGO, elle a créé en 1989 un concours
original qui ne se limite pas à une compétition technique mais qui met en avant l’esprit d’équipe et la recherche de solutions à
des problèmes scientifiques.
Par équipe de cinq ou six (dix maximum),
les jeunes de 10 à 16 ans concourent, et ce
n’est pas un mince travail pour eux comme
pour l’adulte référent. Le thème de la compétition actuelle, baptisée Power Puzzle est
«Explorer comment nos choix en matière de
production et de consommation d’énergie
LEGO Landes ? ( )
Il n’y a pas que le foie gras et le pastis (un
gâteau) qui fassent courir les Landais. Nous
vous avons présenté page 2 la bibliothèque
de briques LEGO réalisée par un professeur
Dacquois. Voici que le gagnant pour la
France de la FIRST LEGO League 2007 est
un groupe d’élèves du collège Serge
Barranx de Montfort-en-Chalosse, un canton situé entre Dax et Mont-de-Marsan.
Jean-Michel Neveu, professeur de Technologie, les accompagnait dans cette compétition. Il utilise les mallettes pédagogiques
LEGO dans le cadre de son enseignement
depuis plus de 15 ans et nous explique l’origine de cet engouement régional : « Il y a
huit ans, à l’initiative de Daniel Lépine, enseignant à Dax, un groupe de professeurs
de Technologie des Landes a souhaité valoriser les métiers technologiques et scientifiques auprès des jeunes. Nous avons retenu les produits éducatifs LEGO qui se sont
vite propagés dans les collèges Landais.
Pour apporter une motivation supplémentaire à ce projet, nous avons monté les premières rencontres de Robot & Tice deve-
influencent la planète et notre qualité de vie
». En plus de concevoir un robot capable
d’assurer les épreuves imposées sur ce
thème, les jeunes défendront un projet pour
analyser et réduire la consommation énergétique d’un bâtiment de leur ville. Le résultat obtenu à l’épreuve de robotique n’intervient que pour un quart des points dans
le classement général ! Le gagnant du
challenge pourra participer aux deux
finales internationales qui ont lieu à Atlanta et au Japon.
En France en janvier 2008
Depuis un an, la FLL est organisée en France par Planète Sciences, une
association d’éducation populaire qui a pour
objet de favoriser l’intérêt, la pratique et la
connaissance des sciences et techniques
auprès des jeunes. Pour la FLL, elle a repris l’initiative d’un enseignant du Sud-Ouest
(voir notre article LEGO Landes). La compétition française réunira le 26 janvier 2008
vingt-cinq équipes à la Cité des sciences et
de l’industrie (il est donc trop tard pour s’inscrire !). Anne Lejeune est responsable
des activités scolaires au sein de Planète
ces National : « Nous souhaitons faire croître progressivement le nombre d’équipes
participantes en minimisant l’investissement
financier pour ces dernières, mais aussi
aider un jour l’équipe gagnante à participer
à la finale américaine.».
Pour atteindre ces objectifs, l’association fait
appel au mécénat .Et si des acteurs de la
CAO et de l’Usine Numérique soutenaient
cette initiative ?
(Cliquez sur l’image pour l’agrandir). Voici
un robot ayant concouru à la FLL 2007. Des
pièces sont changées entre chaque mission
à remplir mais toute la programmation est
enregistrée préalablement sur le robot. Cette
épreuve ne constitue qu’un des aspects de
la compétition.
Envie d’inscrire votre école pour la FLL 2009 ?
Envie de soutenir la compétition en France ? Cliquez ici.
classe ? « Les mallettes pédagogiques sont
riches et il faut savoir profiter des moindres
ressources qu’elles procurent, même les
plus simples », précise Jean-Michel NEVEU.
« Quelques briques suffisent souvent pour
comprendre un mécanisme, expliquer la
transmission des mouvements, les engrenages (voir le modèle 3D ci-contre). Si un
élève n’accepte pas toujours le jugement d’un professeur sur une copie, il comprend facilement que son
petit montage ne fonctionne pas et
va tout faire pour qu’il marche. C’est
tout l’intérêt de l’expérimentation que
permet notre discipline.»
Le collège de Montfort-en-Chalosse
utilise également SolidWorks et les
bibliothèques d’EDUCAD pour les
classes de 4ème et de 3ème, même
si Jean-Michel Neveu regrette que
moyens informatiques ne soient
Mini 3D ! Zoom Retour Aide ses
pas toujours à la hauteur des perIl n’est pas toujours nécessaire d’imaginer des assemblages complexes pour initier à la mécanique. formances qu’exigent ces outils !
Avec une poignée de briques, voici comment Jean- Découvrez ici des vidéos des exMichel Neveu fait comprendre les principes du ploits du collège Serge
cliquet et de la transformation de mouvements !
BARRANX à la FLL 2007. 4/5
nues FIRST LEGO League au niveau national en 2002 et international dès 2004.
Planète Sciences a repris depuis l’organisation de ces rencontres. »
Si la participation à ces compétitions rassemble une quarantaine d’élèves volontaires du collège (les heures consacrées à la
préparation se font hors temps scolaire),
qu’en est-il de l’utilisation des LEGO en
Concevoir en 3D son jouet et le
commander « pour de vrai »
L’interface du logiciel LEGO Data Designer. A gauche la palette de briques classées par
thèmes. Vous concevez le modèle de vos rêves – je rêve d’un camion aux couleurs de
CAO.fr … - en partant éventuellement de modèles téléchargés sur le site LEGO Factory et
réalisés par d’autres passionnés (ce que j’ai fait). Vous
Quelques astuces pour une prise pouvez mettre votre chef d’œuvre dans la galerie en lien main rapide de LEGO Data gne et le commander dans une boîte personnalisée (ce
Designer (l’aide est en anglais,
camion me coûtera 66 € TTC). La notice de montage
dommage pour les plus jeunes !) :
est associée à votre modèle, sous forme de guide pas à
Pour faire pivoter une pièce,
mettez la en mouvement au bout pas dans le logiciel, mais vous pouvez la générer au
de la souris et utilisez les flêches format HTML et l’imprimer. Un jeu à laisser entre toutes
du clavier. Sélectionnez plu- les mains. Rangez votre carte bancaire quand même !
sieurs briques avec la touche
CTRL. Utilisez le copier/coller
pour réutiliser des pièces ou des
parties de l’assemblage. Si vous
avez du mal à placer une brique
à son emplacement, changez votre point de vue (bouton droit de
la souris). L’avis d’un «vieux» de
la CAO : on attend avec impatience la fonction «grouper» !
Infos pratiques
et liens utiles
La petite
touche finale :
la personnalisation de la boîte
LEGO se fait sur
le site web avant
la validation de la
commande.
réservé... à
LEGO nous
tous les âges
offre le plus
bel exemple de « personnalisation de
masse » (voir l’éditorial page 1) en permettant à chaque enfant - ou grand enfant - de créer virtuellement son modèle
et de le commander sur Internet !
LEGO Data Designer pourrait être comparé
à un logiciel de CAO à ceci près que vous
ne pouvez pas créer de pièces, mais uniquement des assemblages. Autres nuances
importantes, il est gratuit et utilisable par des
très jeunes enfants (une connexion Internet
est nécessaire pour le démarrer).
Le principe est astucieux : une palette propose de nombreuses briques LEGO «standard» classées en différentes catégories
(Factory, Creator, Mindstorms, ...).
L’’utilisateur, pardon, votre enfant les glisse
sur un espace 3D et les positionne. Naturellement un élément s’accroche intelligemment en fonction des briques déjà posées.
Pour la gamme Factory (basique), le menu
«Check Price» permet de connaître à tout
moment le prix à payer pour recevoir toutes
les briques du jouet ainsi conçu ! Si vous le
commandez, l’illustration de votre modèle
pourra être imprimée sur la boite.
Si vous suivez les débats qui agitent le
monde de la CAO sur les avantages et inconvénients de l’historique de construction,
sachez que votre modèle LEGO est capable de générer sa propre notice de montage.
Un exploit quand on sait que le fichier «.lxf»
du camion ci-contre ne pèse que ...18 kO !
Téléchargez LEGO® Data Designer
Pour en savoir plus sur le logiciel Adobe Acrobat 3D qui a permis la réalisation de
cette revue, téléchargez le numéro 1 et le numéro 9 qui lui sont consacrés.
Clics : LEGO - SolidWorks Education
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LEGO et MINDSTORMS sont dés marques déposées par la compagnie LEGO.
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