ETUDE DE CAS ASPIRATEUR AUTONOME FONCTION
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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 Page 1/6 Enseignement d’exploration SI 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 Page 2/6 Enseignement d’exploration 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 Page 3/6 Enseignement d’exploration SI 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 Page 4/6 Enseignement d’exploration 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 Page 5/6 Enseignement d’exploration 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 Page 6/6