Dossier pédagogique Robot – Cycle 4, 4ème
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Dossier pédagogique Robot – Cycle 4, 4ème Plug’Uino® - Programmation d’objets connectés Version 1.0 Septembre 2016 Cycle 4 quatrième Activité 1 2x55 minutes Fiche prof C1 pratiquer des démarches scientifiques et technologiques TECHNO C4 Pratiquer des langages C1.3 Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer. C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple C1.2 Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte. indirecte. Cette activité a pour objectif d’éveiller chez l’élève la curiosité et d’établir un protocole pour valiser des solutions. Dans un premier temps, on laisse les élèves réfléchir au problème posé. Un exercice sur mBloc leur permet de synthétiser leur connaissance. La résolution se fait en 2 étapes. Il faut amener l’élève à la conclusion que mesurer la distance parcourue est la clé. La deuxième étape est de mesurer le temps de parcours de cette distance si les élèves proposent un chronomètre, c’est suffisant pour leur donner la solution algorithmique qui est la temporisation (delay). On doit laisser aux élèves le temps nécessaire de la construction de l’algorithme car il sera la base pour la réalisation du programme. Enfin, on réalisera en fin de projet, une revue de projet dans laquelle chaque équipe va présenter son projet en moins de 10mn, démonstration avec le robot incluse. Cycle 4 quatrième Activité 1 2x55 minutes Fiche élève TECHNO C1 pratiquer des démarches scientifiques et technologiques C4 Pratiquer des langages C1.3 Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer. C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple C1.2 Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte. Comment mesurer la vitesse du Robot Plug’Uino Objectifs : Convertir des vitesses cm/s en m/h Rechercher une solution pour déterminer la vitesse du robot. Communiquer cette solution à l’aide d’un outil de représentation. Coder, débugger, valider des solutions. Je m’interroge On cherche à calculer la vitesse du robot Plug’Uino. Nous savons que la formule de calcul de la vitesse est : . L’ultrason sera le composant essentiel pour nous aider à déterminer la distance séparant le robot Plug’Uino d’un obstacle. Le script sur ardublock traitera la vitesse de propagation du son et le temps mis par ces ultrasons pour mesurer une distance. On considère pour cette expérience que l’obstacle est immobile et que l’ultrason est fixé sur le robot Plug’Uino. Comment mesurer la vitesse du Robot Plug’Uino Robot Plug’Uino en déplacement Obstacle fixe Télémètre ultrason Emetteur ultrason Récepteur ultrason Distance parcourue en cm 1. Rappeler rapidement la formule qui permet de calculer une vitesse. 2. Convertissez la vitesse 10 cm/s en m/h. 3. Appliquez votre solution en complétant le code ci-dessous dans mBloc 4. On cherche à déterminer les 2 vitesses que l’on va assigner au robot. Déterminer une procédure pour calculer la vitesse V1 du robot. 5. Communiquer cette solution à l’aide d’un dessin graphique commenté. 6. Déterminer l’algorithme qui déterminer la vitesse en m/h 7. Compléter le codage de la solution, puis valider votre solution par des tests. Ressources Angle du moteur Robot vitesse V2 Le robot vitesse V1 Arrêt du moteur 60 82 87 130 92 87 droit Angle du moteur gauche Programme à compléter Correction 1. La formule est : 2. On sait que : 1m = 100 centimètres 1 h = 60 x 60 = 3600 secondes (60 mn x60 s) Donc 1 m/h = = On applique tout simplement la règle de proportionnalité : 1 m/h ? m/h ? m/h = Donc vitesse en m/h = 3. Programme mBloc m/s 10m/s 4. et 5. 1. On programme le robot à la vitesse V1 par exemple. On mesure une première distance qui représentera la valeur référence D1. Télémètre ultrason Emetteur ultrason Récepteur ultrason Distance D1 2. On laisse passer une seconde. 3. On fait une deuxième mesure D2 Télémètre ultrason Emetteur ultrason Récepteur ultrason D1-D2 4. 5. 6. 7. 8. Distance D2 D1 – D2 représente la distance parcourue en 1 seconde La vitesse est alors V = (en cm/s) On affiche alors directement V = D1 – D2 On convertit V (cm/s) en m/h : V’(m/h)= V(cm/s)x Sur la deuxième ligne de l’afficheur, on affiche la vitesse en m/h. 6. Algorithme de résolution du problème Créer les variables d1, d2, v et v’ Arrêter le robot. Avancer le robot. Mesurer d. Affecter d à d1. Attendre 1 seconde. Mesurer d. Affecter d à d2 Affecter d1-d2 à v Afficher v m/s Affecter (d1-d2) x 36 à v’ Afficher v’ m/h 7. Programme on cherche à déterminer deux vitesses en fonction des angles qu’on rentre. Dans un premier temps on affectera aux angles Vg=92 et Vd=82 On trouve les deux valeurs affichées v=9cm/s et v’=324m/h Avec vg=130 et vd=60 On trouve les deux valeurs affichées v=36cm/s et v’=1296m/h ou 1,296km/h Cycle 4 quatrième Activité 2 2x55 minutes Fiche prof TECHNO C3 s’approprier des outils et des méthodes C4 Pratiquer des langages C3.1 Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés : croquis, schémas… C4.1, C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple. On approfondit la programmation séquentiel avec de la programmation ludique. L’activité commence avec quelques rappels. On pourra pour les élèves qui éprouvent des difficultés pour remplir le deuxième tableau leur proposer un programme qui affiche en temps réel l’état du suiveur de ligne. Le travail sur l’algorithme a pour but de structurer les connaissances et de pousser l’élève à décrire le comportement du robot selon les 4 cas. La carte mentale sera une aide précieuse pour la dernière partie qui est le codage, test et validation. Cycle 4 quatrième Activité 2 2x55 minutes Fiche prof TECHNO C3 s’approprier des outils et des méthodes C4 Pratiquer des langages C3.1 Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés : croquis, schémas… C4.1, C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple. Comment programmer le robot pour qu’il suive la ligne noire? Objectifs : Décrire l’état des moteurs suivant le mouvement du robot. Associer les états des capteurs au mouvement à effectuer. Exprimer et décrire sa pensée à l’aide d’outils. Coder, débugger, valider des solutions. Je m’interroge Les robots kiva d’Amazon déplacent en permanence les étagères pesant jusqu’à 340 kilos où sont stockés les produits à livrer. Grâce aux robots Kiva, un travail qui exigeait précédemment une heure et demie en moyenne, est à présent effectué en un petit quart d'heure. Ces machines, commandées par un système sophistiqué, sont guidées par des QR codes imprimés au sol. Comment programmer le robot pour qu’il suive la ligne noire? 1. Dans le tableau préciser l’état des moteurs suivant le mouvement du robot. Le robot avance Etat du moteur droit Etat du moteur gauche Le robot recule Le robot tourne à droite Le robot tourne à gauche Exemple de parcours du Robot Plug’uino. Si les 2 capteurs (gauche et droit) ne captent pas la ligne noire alors on engage une manœuvre de recul. Si les deux capteurs captent la ligne noire alors le robot avance. Capteur gauche Capteur droit Si le capteur droit ne capte la ligne noire, alors on tourne à gauche. Etat des suiveurs de ligne Capteur suiveur de ligne inactif. Capteur suiveur de ligne actif. Si le capteur gauche ne capte pas la ligne noire, alors on tourne à droite. 2. Suivant la position des capteurs suiveurs de ligne sur le schéma, indiquer le mouvement que le robot doit entamer pour rester ou regagner la bande noire. Mouvement du robot Suiveur de ligne droit Suiveur de ligne gauche ……….………….. ……….………….. ……….………….. ……….………….. 3. Proposer un algorithme afin que le robot suive la ligne noire. 4. Synthétiser dans une carte mentale les fonctions et sous-fonction du robot, composants électroniques ainsi que leurs numéros de broches. 5. Proposer un programme pour le robot suiveur de ligne. Ressources valeur des angles des servomoteurs suivant les mouvements Angle du moteur Le robot avance Le robot recule Le robot tourne à droite Le robot tourne à gauche Arrêt du moteur 60 130 87 60 87 130 60 130 88 88 droit Angle du moteur gauche Correction Le robot avance Etat du moteur Vitesse avant droit Etat du moteur Vitesse avant Le robot recule Le robot tourne à droite Le robot tourne à gauche Vitesse arrière Blocage du moteur Vitesse arrière Vitesse avant gauche Vitesse avant Blocage du moteur 2. Mouvement du robot Suiveur de ligne droit Suiveur de ligne gauche Tourne à gauche Marche avant Tourne à droite 3. Si les deux capteurs de ligne captent la ligne noire Alors le robot avance. Si le capteur droit capte la ligne noire et que le capteur gauche non. Alors le robot tourne à droite. Si le capteur gauche capte la ligne noire et que le capteur droit non Alors le robot tourne à gauche. Si les deux capteurs de ligne ne captent pas la ligne noire Alors le robot recule. Marche arrière 4. 5. Cycle 4 quatrième Activité 3 55 minutes Fiche prof TECHNO C5. Mobiliser des outils numériques C4 Pratiquer des langages C5.4 Piloter un système connecté localement ou à distance C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple Cette activité est orienté projet, on attend des élèves qu’ils mobilisent des outils numériques pour coder ou de représentation pour présenter des choix de solutions à l’aide xmind. Les ressources sont complètes et ne nécessitent pas d’aide particulière à l’élève. Ils connaissent assez bien le fonctionnement du servomoteur à rotation continue. Ce qui ne devrait pas poser de problèmes. La carte mentale devrait pour chaque équipe être la référence pour construire leur algorithme. On doit laisser aux élèves le temps nécessaire de la construction de l’algorithme car il sera la base pour la réalisation du programme. Enfin, on réalisera en fin de projet, une revue de projet dans laquelle chaque équipe va présenter son projet en moins de 10mn, démonstration avec le robot incluse. Cycle 4 quatrième Activité 3 55 minutes Fiche élève TECHNO C5. Mobiliser des outils numériques C4 Pratiquer des langages C5.4 Piloter un système connecté localement ou à distance C4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la réalisation d’un problème simple Comment piloter un objet à distance? Objectifs : Associer des touches à des mouvements. Affecter des vitesses au mouvement avancer. Exprimer et décrire sa pensée à l’aide d’outils. Coder, débugger, valider des solutions. Je m’interroge Japon : Tsunami 2011 L’épisode tragique du Fukushima où un réacteur nucléaire avait explosé a révélé la nécessité d’utiliser des robots pour intervenir à des endroits inaccessibles ou à forts rayonnements. Equipé d’une caméra, le robot est surtout utilisé comme éclaireur, sa taille lui permet de se faufiler à des endroits inaccessibles et aide déterminer les zones où il y a lieu d’effectuer des travaux. Grâce à une liaison sans fil, L’opérateur pilote le robot à distance et reste protégé. Le robot Bluetooth permet de recevoir des informations d’une télécommande si on lui associe un module récepteur. On peut envisager de piloter à distance les déplacements du robot et d’associer certaines touches à des vitesses. 1. Associer les touches de la télécommande de votre choix aux déplacements du robot Touches télécommande Déplacement Avancer Reculer Tourner à droite Tourner à gauche Arrêt Choix vitesse 1 Choix vitesse 2 2. A partir de l’étiquette des touches ci-dessous, associer les touches choisies à leur code interne. Touches télécommande Code interne 3. Expliquer et tester sur ardublock, le programme suivant : 4. Proposer un algorithme du pilotage du robot à distance. 5. Synthétiser dans une carte qui détaille pour chaque touche, les actions à réaliser. 6. Compléter le programme du pilotage du robot à distance. Ressources angles de mouvements Angle du moteur Le robot avance V2 Le robot avance V1 Le robot recule Le robot tourne à droite Le robot tourne à gauche Arrêt du moteur 60 82 130 87 60 87 130 92 60 130 87 87 droit Angle du moteur gauche Programme à compléter Correction 1. On fait le choix le plus ergonomique. Touches télécommande Déplacement Avancer Reculer Tourner à droite Tourner à gauche Arrêt Choix vitesse 1 Choix vitesse 2 2. Touches télécommande Code interne 16712445 16750695 16748655 16769055 16754775 16724175 16718055 3. Le programme comprend 2 boucles, lorsqu’une touche est appuyée sur la télécommande infrarouge. La télécommande envoie un signal lumineux. Le récepteur infrarouge convertit ensuite le flux lumineux en signal électrique. Le Plug’uino va traiter ensuite ces signaux électriques et leur attribuer une valeur numérique. Le programme s’exécute en boucle en attendant un appui sur les touches Avance droite et Retour gauche. Si le signal émis par la télécommande correspond à 16748655 Alors on allume la led connectée à la broche 3. Si le signal émis par la télécommande correspond à 16769055 Alors on allume la led connectée à la broche 3. 4. On déclare les variables VG et VD. Si la touche appuyée correspond à 16724175 (touche 1) Alors on affecte à VG= 92 et VD=82 Si la touche appuyée correspond à 16718055 (touche 2) Alors on affecte à VG=130 et VD=60 Si la touche appuyée correspond à 16712445 (touche Plus) Alors le robot avance Si la touche appuyée correspond à 16750695 (touche moins) Alors le robot recule Si la touche appuyée correspond à 16748655 (Touche Avance, droite) Alors le robot tourne à droite Si la touche appuyée correspond à 16769055 (touche retour, gauche) Alors le robot tourne à gauche Si la touche appuyée correspond à 16754775 (touche lecture) Alors le robot s’arrête 5.Carte mentale 6. suite
