Programmation robot 2

Présentation de l'atelier 3

Objectifs pédagogiques 3

Déroulement de l'atelier 3

Matériel utilisé 3

Mission Bennu 4

Introduction 4

Tutoriels 4

Mission finale 5

Bilan 5

Programmation et robot 6

Ressources documentaires 8

Liens avec les programmes scolaires 8

Annexe 9

Présentation de l'atelierAujourd'hui, le numérique est utilisé partout et par tous.

Ordinateur, tablette, smartphone... Tous ces objets numériques font partie du quotidien.

Mais comment fonctionnent tous ces objets digitaux ?

Grâce à des programmes informatiques qui permettent à des ordinateurs, des robots

d’exécuter des actions.

La compréhension des mécanismes de base de la programmation permet aux jeunes de

comprendre le monde qui les entoure, de les rendre acteurs et non simples utilisateurs, de

développer leur culture numérique…

Cet atelier «Programmation Robot » permet d'initier les élèves à la programmation.

Objectifs pédagogiques

­ S'initier aux algorithmes et à la programmation

­ S'initier à la robotique

­ Aborder les sciences, la technologie et les mathématiques

Déroulement de l'atelier

L'atelier dure 90 minutes et se déroule en plusieurs temps :

Introduction (15 min) : un flash­info en vidéo introduit le scénario puis des notions autour de la

programmation sont abordées.

« Tutoriels » (35 min) : les élèves s'exercent à programmer en apprenant à écrire des

algorithmes correspondant à des fonctions types de programmation.

Les élèves, répartis en groupes de 3, ont à leur disposition une tablette qui donne les instructions

pour accomplir les 2 à 3 tutoriels.

« Mission Bennu » (30 min) : en autonomie, les élèves écrivent un programme en réutilisant les

fonctions vues précédemment pour assurer une mission précise.

Les élèves doivent programmer leur robot qui doit se rendre sur la zone de conditionnement en

évitant les obstacles et déposer le minerai.

Bilan (10 min) :

Le médiateur et les élèves échangent sur les différents programmes réalisés.

Le médiateur aborde les différents éléments d'un programme, l'importance de la programmation

dans le monde numérique...

Matériel utilisé

Tablettes, robots Lego Mindstorm EV3, le logiciel de programmation ”Robot C”, ordinateur, tapis de

parcours.

Programmation robot 3

Mission Bennu

Introduction

Scénario : un flash­info vidéo introduit le scénario

En 2040, une journaliste rappelle le discours de Barack Obama de 2010 annonçant les objectifs de la

NASA. Elle informe du lancement d'un programme d'exploitation de minerais sur l’astéroïde Bennu.

Les élèves incarnent une équipe de programmeur de la NASA qui a pour mission de programmer des

robots sur la plate­forme d'exploitation de minerais de l'astéroïde Bennu.

Notions autour de la programmation

Comment communiquons­nous avec les machines? Comment écrit­on un programme informatique?

Quels appareils peut­on programmer ? Architecture d'un robot.

Les tutoriels

Les tutoriels permettent aux élèves de s'exercer à programmer en apprenant à écrire des algorithmes

correspondant à des éléments types d'un programme. Ils découvriront les variables, les boucles

(répéter, attendre jusqu'à), les conditions (si… alors)

Le médiateur mène le 1er tutoriel avec toute la classe. Les élèves font ensuite les tutoriels en

autonomie sur la tablette et le pc : 2 ou 3 tutoriels différents en fonction du niveau. A chaque tutoriel,

ils exécuteront le programme et verront le robot de déplacer sur le tapis.

Les tutoriels leur permettront de réaliser la mission finale.

Chaque tutoriel comprend les étapes suivantes :

Visualisation d'une vidéo : les élèves observent les mouvements

et les réactions du robot

Texte à trous : ils complètent le texte à trous qui récapitule

les actions du robot le programme en langage naturel :

l'algorithme.

Rédaction du programme guidé : ils utilisent les blocs du

logiciel de programmation « Robot C » tout en étant guidés :

quand on sélectionne un bloc, la traduction en français

apparaît en info­bulle et le texte du programme en langage

naturel se surligne en vert. Une fois le programme validé,

les élèves peuvent revoir la vidéo du robot en action en

synchronisation avec le programme.

Programmation sur le pc : ils recopient le programme créé sur

la tablette sur le pc avec le logiciel de programmation

« Robot C ». Puis, ils connectent le robot à l'ordinateur et

téléchargent le programme sur le robot. Le robot se déplace

sur le tapis de parcours en fonction du programme exécuté.

Tous les tutoriels sont en annexe.

Programmation robot 4

Programmation robot 5

La mission finale « mission Bennu »

En autonomie, les élèves doivent programmer leur robot en réutilisant les fonctions découvertes dans

les tutoriels pour assurer la mission finale « Mission Bennu » :

« Pour déposer le minerai, programmez votre robot pour qu'il se rende sur la zone

de conditionnement verte en évitant les obstacles rouge et blanc.

Vous disposez de différents capteurs pour mener à bien votre mission sur

l'astéroïde Bennu. »

Les élèves font leur programme directement sur l'ordinateur en utilisant le logiciel de programmation

« Robot C »

Ils ont accès sur la tablette à une aide comprenant :

­ le lexique des blocs : image du bloc, sa traduction et sa description

­ le rappel des tutoriels : visualisation des tutoriels

­ l'utilisation de Robot C : étapes de connexion et téléchargement du programme.

Exemple de programme d'une mission finale après avoir fait les 3 tutoriels 1, 3 et 4.

Bilan

Échanges sur les programmes réalisés

Le médiateur et les élèves échangent sur les différents programmes qui leur ont permis de mener à

bien leur mission.

Les différents éléments d'un programme et les enjeux de la programmation.

Le médiateur fait un point sur les différents éléments d'un programme : les variables, les

fonctions (conditions et boucles) sur l'interface graphique de « Robot C » puis en langage C.

Il aborde l'importance de la programmation dans le monde numérique et quelques métiers du

numérique.

Programmation et robot

compris et exécuté par le microprocesseur d'un robot, d'un ordinateur...

Un programme est composé de différentes parties :

les variables : nom qui va être donné à un élément qui va contenir une valeur. Les variables

peuvent être de plusieurs types : les chaînes de caractères, les valeurs numériques et les

booléens. La variable sert à stocker en mémoire des valeurs, de manière à ce qu'elles puissent

être réutilisés plus tard. En fonction du langage de programmation choisi, les termes permettant

de communiquer avec la machine sont différents.

Les boucles : sont des instructions permettant de répéter plusieurs fois une même action.

Quelques exemples : attendre que, répéter, répéter jusqu'à...

Les conditions : permettent d’afficher des résultats en fonction de l’existence ou non de

paramètres précis. Quelques exemples : si… alors – si… alors… sinon

La combinaison de variables, de boucles et de conditions est la base de tout algorithme.

Programmes réalisés avec le logiciel de programmation de « Robot C »

RobotC est un langage de programmation basé sur le langage C. C'est le premier langage en

robotique, spécialisé dans le domaine de l'éducation.

RobotC permet de programmer des robots tels que VEX, NXT, EV3 tout comme les Arduino MEGA

1280 et MEGA 2560. La syntaxe se rapproche beaucoup de celle d'autres langages de

programmation tels que C++ ou Python.

Programmation robot 6

Interface graphique Langage C

Histoire des langages de programmation

Il existe de multiples langages de programmation. Chacun étant adapté à des besoins spécifiques.

Initialement, les instructions du programme étaient rentrées dans la machine en code binaire,

spécifique à chaque type d’ordinateur. L’assembleur fut le premier langage qui a facilité cette saisie.

Par la suite des langages plus évolués ont été développés, comme FORTRAN (1956) destiné aux

calculs scientifiques ou COBOL (1959) utilisé pour la gestion des entreprises, mais ils sont lourds et

complexes. Avec l’avènement des micro­ordinateurs, des langages simplifiés destinés au grand public

comme BASIC (1963) apparaissent. Le langage C (1972) est accessible à tous. Dès 1980, son

évolution C++ est employée dans les jeux vidéo. Avec Internet, apparaît JAVA (1995) utilisé dans les

applications Web et dans tous les objets connectés.

La programmation des robots Mindstorms se fait grâce à une interface graphique spécifique à LEGO,

mais il également possible de les programmer en langage JAVA.

Les robots

Tout robot est équipé de microprocesseurs pour exécuter un programme, d'actionneurs servant à

effectuer différentes actions, différents ordres (comme l'activation d'un moteur), de capteurs qui

permettent aux robots de recevoir des informations sur l'environnement (présence d'un objet,

température, luminosité…) ou sur les composants internes (comme la position d'un moteur).

Les robots Lego Mindstorms possèdent :

­ un logiciel de programmation par un système de blocs graphiques ;

­ une brique programmable intelligente (sur laquelle il est également possible de créer un programme)

qui commande des moteurs et des capteurs et permet aussi une communication sans fil (Wi­Fi et

Bluetooth) ;

­ des capteurs : à ultrason (permettant d'éviter des obstacles, suivre une cible mobile ou détecter un

mouvement), tactile, de température, de couleur (détecte des couleurs ou une intensité lumineuse),

infrarouge, gyroscopique (mesure la vitesse et l'angle de rotation du robot) ;

­ deux grands moteurs et un moteur moyen (moins puissant mais plus rapide).

Le kit robotique Lego MINDSTORMS EV3 est utilisé dans les collèges et lycées pour l'apprentissage

des sciences et de la robotique. Il est également utilisé à des niveaux supérieurs grâce à sa capacité

à être programmé par des langages plus puissants comme RobotC et grâce à sa capacité à accueillir

un grand nombre de capteurs et accessoires supplémentaires.

Programmation robot 7

Ressources documentairesSites Internet

Programmation, langages de programmation

Interstices : les ingrédients des algorithmes : https://interstices.info/jcms/c_43821/les­ingredients­des­

algorithmes

Interstices : la naissance des langages de programmations :

https://interstices.info/jcms/c_39194/naissance­des­langages­de­programmation

Comment­ça marche ?

http://www.commentcamarche.net/contents/6­algortihme­definition­et­introduction

http://www.commentcamarche.net/contents/617­les­langages­informatiques

http://www.commentcamarche.net/contents/618­programme­informatique

Logiciel en ligne pour une inititiation à la programmation

Scratch : https://scratch.mit.edu/

Studio.org : studiocode.org

Light­bot : https://lightbot.com/

Tangara : http://tangara.colombbus.org/server/web/

Robot et pédagogie :

Robot en classe : http://www.robotsenclasse.ch/la­robotique­pedagogique

Edurobot : www.edurobot.ch

Eduscol : ressources pour l'ISN – initiation robotique

http://cache.media.eduscol.education.fr/file/ISN_Tle_S/24/5/lyceeGT_ressource_ISN_20_06_Tle_S_32_Initiation_Robotique_218245.pdf

Liens avec les programmes scolaires

Collège

Mathématique

Technologie

Socle commun de connaissances, de compétences et de culture

1­ les langages pour penser et communiquer

2­ les méthodes et outils pour apprendre

4­ les systèmes naturels et les systèmes techniques

Éducation aux médias et à l’information

Lycée

Maths

Sciences de l’ingénieur, création et innovation technologique, Informatique et création numérique

(enseignement d’exploration en seconde)

Sciences de l'ingénieur (1ère + terminale S ) ­ Informatique et sciences du numérique (terminale S)

Système d’information et numérique (1ère et terminale sti2d)

Système électronique et numérique (filière professionnelle)

Programmation robot 8

Programmation robot 9

AnnexeTutoriels

Tutoriel n°1 :Le robot avance lentement de 3 tours de roues, tourne à droite et baisse la pelle.

Avancer, tourner, actionner un moteur (baisser la pelle) sur un nombre de rotation moteur bienprécis.

Tutoriel n°2 :Le robot avance lentement et attend d’être à 10 cm de l’obstacle pour tourner à gauche et baisser la pelle.

Avancer à l'infini, tourner, actionner un moteur (baisser la pelle) sur un nombre de rotation moteurbien précis, utilisation de la fonction « attendre que » avec le capteur ultrason.

Tutoriel n°3 :Le robot avance lentement et attend d’être à 10 cm de l’obstacle pour s'arrêter.

Avancer à l'infini, utilisation de la fonction « attendre que » avec le capteur ultrason.

Tutoriel n°4 :Si le robot voit du rouge, il tourne à droite. Si le robot voit du vert, il tourne gauche.

Tourner, fonction « si/alors » avec capteur couleur.

Programmation robot 10

Tutoriel n°5 :Le robot répète l'action « avancer lentement » jusqu'à ce qu'il voit du vert puis il s'arrête.

Avancer à l'infini, « répéter jusqu'à » avec capteur couleur.

Tutoriel n°6 :Le robot répète l'action « avancer lentement » jusqu'à ce qu'il soit à 10 cm de l'obstacle puis ils'arrête.

Avancer à l'infini, « répéter jusqu'à » avec capteur ultrason.

Tutoriel n°7 :Si le robot voit du vert, il tourne à gauche sinon il tourne à droite.

Tourner sur un nombre de rotation moteur bien précis, fonction « si/alors/sinon » avec capteur couleur.

Tutoriel n°8 :Si le robot est à moins de 10 cm de l’obstacle, il recule sinon il baisse la pelle.

Avancer reculer, actionner un moteur (baisser la pelle) sur un nombre de rotation moteur bienprécis, fonction « si/alors/sinon » avec capteur ultrason.

Tutoriel n°9 :Le robot répète 4 fois l’action : avancer et tourner à droite.

Avancer, tourner sur un nombre de rotation moteur bien précis et la fonction boucle numérique.

Ce dossier a été réalisépar l'équipe de médiation scientifiquede la Cité des télécomsde Pleumeur-Bodou / 2016-2017

Pour toute information pédagogique,vous pouvez joindre l'équipe de médiationau 02 96 46 68 50