sciences, technologie et société niveau 4 2016-2017...

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

1

E.P.I.4ème

RobotUnoEvoThème:Sciences,technologieetsociété Niveau4ème2016-2017Sujet:RobotiqueIntituléduprojet:ProgrammerunrobotautonomeMatièresconcernées:mathématiques,technologie,physique,anglaisPLAN:

1. Présentationdurobot2. Présentationduprojet3. SimulationsdurobotsurScratch4. Priseenmaindurobotetprogrammationdesparcours5. Testsetrésultatsobtenuslorsdel’exercicefinal6. Monopinionpersonnellesurleprojetetlesdifficultésrencontrées

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

2

1. PrésentationdurobotVoicilerobotUnoEvo.

Lerobotestévolutif,onpeutluiajouterplusieursoptions(suiveurdeligne,capteursultrasons,affichageLCD,étagesupplémentaire…)

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

3

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

4

2. PrésentationduprojetLesélèvestravaillentenbinôme.Quatrerobotssontàdispositionenclasse.Quelssontlesobjectifsduprojet?LerobotestmontémaisildoitêtreprogramméaveclelogicielScratchet/ouArdublock.

Lerobotdoitêtretotalementautonome.

Ilauratroisparcoursàeffectuer,dansunminimumdetemps:

• unparcoursdesuivideligne,

• unparcoursavecdétectiond’obstacles,

• unparcoursavecfranchissementd’obstacles.

Lesgrandesétapesdanslaréalisationdeceprojet:

• PriseenmaindulogicielScratchsurdesapplicationsvariées(voirenannexe).

• SimulationsdesdifférentsparcourssurScratchavecvalidationdesalgorithmes.

• Premièresmanipulationsdurobot(connecter,faireavancer/reculer/tourner).

• Testsdeprogrammationeffectuéssurlerobot.

• Validationdesparcoursetcompétitionentrelesgroupesauseind’unévènement

organiséaucollège.

Quellescompétencesmathématiquessontmisesenjeu?

• Chercher:manipuler,expérimenter,tester,décomposerunproblèmeensous-problèmes.

• Modéliser:comprendreetutiliserunesimulation,résoudreunproblèmede

proportionnalité.

• Représenter:utiliserdessituationsspatiales(figuresgéométriques).

• Raisonner:menercollectivementuntravail,résoudreunproblèmeimpliquantdesgrandeursvariées,utiliserunraisonnementlogique.

• Calculer:calculeravecdesentiersrelatifsetdesnombresdécimaux,contrôlerses

résultats,calculerenutilisantlelangagealgébrique.

• Communiquer:expliqueràl’oraletàl’écritsadémarcheetsonalgorithme,argumenterdansl’échange.

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

5

3. SimulationsdurobotsurScratch

a) Parcoursn°1:lesuivideligneObjectif:écrireunalgorithmesurScratchpermettantaurobotdesuivre,defaçonautonome,

unelignenoiretracéepréalablementdefaçonquelconque.Lerobotdevras’arrêteràlaligne

d’arrivéerouge.

Comment?

Lerobotdevrautiliserdeuxcapteurs(vertetbleu)poursuivrelatrajectoirenoire.

Principegénéral:

Exempled’algorithme:

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

6

Algorithmeamélioréenprenantencomptetouslescaspossibles:

Connaissancesetcompétencesmathématiques:

• Utiliserunraisonnementlogique(Si….Alors….Sinon….)

• Manipulerdesgrandeursvariées(angles/vitesse)

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

7

b) Parcoursn°2:parcoursaléatoired’unepièceavecdétectiond’obstaclesObjectif:lerobotdoitdétecterdansunepièceferméeunepastillerougeposéeausol.

Leparcoursserachronométré.

Comment?

Lerobotvaavanceretdétecterlesobstacles(paroisverticalesdélimitantlapièce).Pouréviter

lesmurs,ilchangededirectionaléatoirement.

Principegénéral:

Lerobotvaparcouriraléatoirementlapiècejusqu’àdétectiondelapastillerouge.

Exempled’algorithme:

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

8

4. Priseenmaindurobotetprogrammationa) Connecter,utiliserleswitch,allumerlaLEDLaprogrammationdurobotsefaitsurArdublock.Lerobotestconnectéàl’ordinateurparcâbleUSB,onchargeleprogrammedanslerobot(«téléverserversl’arduino»)puisonpeutdébrancherlecâble.Lerobotestalorsautonome.Lesconnexionsentrelescapteurs/actionneursetlacarteArduinosontpréciséesenannexe4.Voicinotrepremierprogrammepermettantd’utiliserleswitchpourallumer/éteindrelaLED:

SecondprogrammepourfaireclignoterlaLED:

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

9

b) ProgrammerlesdéplacementsdurobotNousavonsensuitecréédessous-programmespourprogrammerlesdéplacementsdurobot:avancer/reculer/tourneràdroite/tourneràgauche/s’arrêter(cfficheélèveenannexe5).

Principegénéral:

• Pouravancerdroit:lesdeuxmoteursdoiventtournerensensinverseaveclamême

vitesse.

• Pourreculer:lesensderotationdesdeuxmoteursdoitêtreinversé.

• Pours’arrêter:lavitessedesdeuxmoteursestmiseà0.

• Pourtourneràdroite:lavitessedumoteurdroitdoitêtrelargementinférieureàcelle

dumoteurgauche.

• Pourtourneràgauche:lavitessedumoteurgauchedoitêtrelargementinférieureà

celledumoteurdroit.

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

10

c) Contrôlerlavitessedurobot//nonfaitConnaissancesetcompétencesmathématiques:

• Utiliserunesituationdeproportionnalité.• Relationentrevitessemoyenne,distanceettemps.

d) Tournerd’unquartdetouroud’undemi-tour//nonfaitConnaissancesetcompétencesmathématiques:

• Représenterunesituationpardesfiguresgéométriques(cercle).• Utiliseretcalculerlepérimètred’uncercle.

e) Utiliserlescapteurs(suiveurdeligneetcapteurultrasons)(Voirficheélèveenannexe6)Utilisationdescapteurssuiveursdeligne:

Lerobotestéquipédedeuxcapteurssuiveursdeligne(gaucheetdroit).

Lecapteurenvoiel’informationVRAIquandildétectelacouleurnoire,FAUXsinon.

Utilisationducapteurultrasons:

Lecapteurultrasonsenvoieladistance(encm)del’obstaclequiestdevantlui.

Pourtestercecapteur,nousavonsprogrammélesdéplacementsdurobotenfonctiondela

distancedel’obstaclecommel’expliqueleschémaci-dessous:

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

11

f) Rédigerettesterunalgorithmepourréaliserleparcoursn°1

g) Rédigerettesterunalgorithmepourréaliserleparcoursn°2

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

12

5. Testsetrésultatsobtenus

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

13

6. Monopinionpersonnellesurleprojetetlesdifficultés

Ai-jeaiméleprojet?

Pourquoil’avoirchoisipourmonoral?

Quellesdifficultésai-jerencontrées?

Celam’a-t-ildonnéenviederéaliserd’autresjeux,d’autresprogrammes…parmoi-même?

Leprojetm’a-t-ildonnéunaperçudumétierdeprogrammateur,deconcepteurdejeuxvidéo

etd’ingénieureninformatique?

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

14

ANNEXE1PremièreinitiationàScratch:tracésdefiguresgéométriques

Objectifs:

• Construireunscriptquirépondàunévènement.

• Programmerdesscriptssedéroulantenparallèle.

• Faireappelàunsous-programme.

PARTIEA:

1. Enutilisantlescommandes

traceruncarrédecôté100.

2. Ajouterunecommandepermettantdes'orienteraléatoirementavantdetracerlecarré.

3. Insérerlacommande .

4. Ajouterunbloc>Créerunblocnommé"Traceruncarré".

5. Remplacerlacommande parlacommande .PARTIEB:

1. Créerunnouveaulutin.2. Programmerunscriptquiluipermetdetraceruntriangleéquilatéraldecôté150.3. Créerunblocnommé"Traceruntriangleéquilatéral".

4. Cliquersur pourexécuterenparallèlelesdifférentsscriptsdesdeuxlutins.

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

15

PARTIEC:

1. Ajouterlescriptsuivant:

2. Pourchaquelutin,construireunscriptpermettantderéaliserdescarrés(oudestriangles)depositions,decouleursetd'orientationsdifférentes.Pourcela,vous

utiliserezlescommandessuivantes:

SOLUTIONS:

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

16

ANNEXE2

Programmationd’unjeudecourseautomobile

Objectifs:

• programmationévènementielle,

• conditions(si…alors…),

• introductiond’unevariable

Butdujeu:lejoueurguidelavoitureavecleclavier.Ildoitréaliserlecircuitsanssortirdelapiste.Lespointsnoirsserventde«boost».

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

17

ANNEXE3

Parcourirunlabyrinthedefaçonautonome

Objectifn°1:lelutindoittrouver,defaçonautonome,uncheminluipermettantd’atteindrela

ligned’arrivéerougesansfranchirlesobstaclesplacésaléatoirement.

Objectifn°2:lelutindoitcontournerlesobstaclesrencontréssuccessivementparlagaucheet

parladroite.

Comment?

Onutiliseunevariablededirectionpermettantaulutindemémoriserlafaçondontila

contournél’obstacleprécédemmentfranchi.

Principegénéral:

Lelutinavance.S’iltoucheunobstacle,ilsedéplacesurladroite(ousurlagauche)tantque

l’obstacleesttoujoursdevantlui.

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

18

Exemple(s)d’algorithme:

Algorithmesrépondantàl’objectifn°1

(Contournementparladroite) (Contournementparlagauche)

Algorithmeplusperformantrépondantàl’objectifn°2

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

19

Connaissancesetcompétencesmathématiquesutilisées:

• Serepérerdansleplan(abscissesetordonnées)

• Utiliserunraisonnementlogique(Si…alors…/Tantque…/évènementcontraire)

• Utiliserunevariable(pourmémoriserunétatpassé)

• Utiliserdesentiersrelatifspoursedéplacerdansunrepère

• Calculerenutilisantlelangagealgébrique

• Multiplierdesnombresrelatifs

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

20

ANNEXE4

Connecterlescomposants(capteursetactionneurs)àlacarteArduino

Connexionsdescapteurs:

• LesuiveurdelignedroitsurlabrocheD2• LesuiveurdelignegauchesurlabrocheD3

Ou• LecapteurultrasonssurlabrocheD2(D2TRIGetD3ECHO)• LeswitchsurlabrocheD5

Connexionsdesactionneurs:

• LaLEDsurlabrocheD4• LesservomoteurssurlabrocheD7(D7moteurdroitetD8moteurgauche)

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

21

ANNEXE5Utiliserlesservomoteurs

LesservomoteursdoiventêtrebranchésenD7(D7moteurdroitetD8moteurgauche).CréerunnouveaudocumentsurArdublock.Lenommer«deplacements».PARTIE1:Avancer

1. Ecrireunsous-programme«avancer»permettantaurobotd’avanceràlavitesse1000.2. Ecrireunsous-programme«arret»permettantaurobotdes’arrêter.3. Ecrireunprogrammepermettantaurobotd’avancerlorsqueleswitchestactionnéet

des’arrêtersinon.

Testerpuisrecopiervotreprogramme.

PARTIE2:Reculer

1. Ecrireunsous-programme«reculer»permettantaurobotdereculeràlavitesse1000.2. Ecrireunprogrammepermettantaurobotdereculerlorsqueleswitchestactionnéet

des’arrêtersinon.

Testerpuisrecopiervotreprogramme.

PARTIE3:Tourneràdroite

1. Ecrireunsous-programme«droite»permettantaurobotdetourneràdroite.2. Ecrireunprogrammepermettantaurobotdetourneràdroitependant4secondes.

Testerpuisrecopiervotreprogramme.

PARTIE4:Tourneràgauche

1. Ecrireunsous-programme«gauche»permettantaurobotdetourneràgauche.2. Ecrireunprogrammepermettantaurobotdetourneràgauchependant4secondes.

Testerpuisrecopiervotreprogramme.

MmeRobineauetMmeRoussel4A–4C–4EAnnéescolaire2016-2017

22

ANNEXE6Utiliserlescapteurs

PARTIEA:lescapteurssuiveursdeligneLescapteurssuiveursdelignedoiventêtrebranchésenD2etD3.LaLEDestconnectéeenD4.CréerunnouveaudocumentsurArdublock.Lenommer«testcapteursuiveur».Consigne:écrireunalgorithmepermettantàlaLEDdes’allumerlorsquelerobotestposésurunelignenoire(etdes’éteindresinon).Testerpuisrecopiervotreprogramme.Sauvegardervotretravail.PARTIEB:lecapteurultrasonsLecapteurultrasonsdoitêtrebranchéenD2.LesservomoteursdoiventêtrebranchésenD7(D7moteurdroitetD8moteurgauche).Ouvrirledocument«deplacements»etl’enregistrersousunautrenom«testultrasons».Effacerleprogrammeprincipalennegardantquelessous-programmes.Consigne:écrireunalgorithmepermettantaurobot:

• d’avancersil’obstacleestàplusde25cm,• dereculersil’obstacleestàmoinsde15cm,• detourneràdroitesil’obstacleestentre15et20cm,• detourneràgauchesil’obstacleestentre20et25cm.

Placervotrerobotàdiversesdistancesd’unobstacleettesterplusieursfoisvotreprogramme.Recopiervotreprogramme.