Fabrication d'un actionneur de main robotisée
Construisez un actionneur qui pourrait aider à faire bouger une main robotisée. Un actionneur est un dispositif qui fait que quelque chose se produit (p. ex. un moteur fait tourner des roues ou bouger un robot).
Version textuelle de l'infographie Processus de conception en ingénierie
Processus de conception en ingénierie
- Problème ou défi
- Définis le problème
- Identifie les contraintes et défis de conception possibles
- Remue-méninges pour penser à plusieurs solutions au problème
- Sélectionne la solution la plus prometteuse
- Prototype la solution
- Teste et évalue ton prototype
- Revois ton prototype afin de l'améliorer
- Communique ta solution
Infographie intitulée « Processus de conception en ingénierie ». (Source : ASC.)
Définir
Le Canada fournira le Canadarm3 à la station spatiale lunaire Gateway. Le Canadarm3 est un système robotisé intelligent qui sera fait de trois parties :
- Un grand bras de 8,5 m de longueur;
- Un petit bras agile;
- Un ensemble d'outils amovibles.
Il servira à accomplir plusieurs tâches, comme réparer la station Gateway, déplacer des modules, attraper des vaisseaux spatiaux qui arrivent à la station et aider les astronautes pendant les sorties dans l'espace. Ses extrémités, ou ses « mains
», doivent donc être très polyvalentes.
Tout comme le Canadarm2, les extrémités du Canadarm3 comprendront chacune une « main
» identique, nommée « effecteur de verrouillage
». Ces pièces contiendront des câbles de serrage qui leur donneront une bonne poigne. Elles permettront au bras robotisé de saisir fermement des objets ou de s'arrimer à la station Gateway. Autrement dit, ces pièces sont les actionneurs qui aident la « main
» à prendre les objets.
Identifier
Pensez-vous que les moteurs fonctionnent de la même façon dans l'espace? D'après vous, y a-t-il des façons plus efficaces de faire bouger les robots? Réfléchissez à toutes les contraintes qui pourraient influencer votre conception.
Matériel suggéré
- Papier, papier quadrillé ou papier isométrique pour dessiner votre conception.
- Crayons à mine ou de couleur.
- Divers bâtonnets de bois, crayons, pailles, ou branches ou brindilles droites.
- Carton, papier construction ou boite de céréales vide.
- Perles (comme celles pour faire de l'artisanat) (facultatif; vous pouvez aussi fabriquer des perles de papier).
- Attaches (élastiques, pince-feuilles, attaches parisiennes, cure-pipes, ficelle, ruban adhésif, colle).
- Ciseaux ou couteau utilitaire.
- Pailles (ou tubes faits de papier recyclé enroulé), au besoin.
- Pistolet à colle chaude (facultatif).
- Papier quadrillé ou papier ordinaire.
- Tous les matériaux de récupération que vous avez sous la main, p. ex. bouteilles en plastique, boites d'œufs, pailles (ou tubes faits de papier recyclé enroulé), bâtonnets de bois, brindilles, pierres.
- Peinture de diverses couleurs, papier de couleur, crayons de couleur, crayons à mine, marqueurs, papier d'aluminium ou tout autre matériel disponible pour donner fière allure à votre Canadarm3 et ses effecteurs de verrouillage!
- Blocs Lego, blocs K'NEX, blocs KEVA (facultatif).
Version textuelle de l'infographie de quelques techniques de découpage et pliage de carton
Quelques techniques de découpage et pliage de carton
- Collerette
- Renfort en L
- Languettes
- Fente + fente
- Fente + languette
- Ficelle
Quelques techniques de découpage et de pliage de carton. (Source : ASC.)
Faire un remue-méninges
- Comment construire un effecteur de verrouillage robotisé qui bouge comme une main?
- Votre objectif est de fabriquer un effecteur de verrouillage qui permettra à un bras robotisé de saisir un outil ou un objet.
- Planifiez votre conception en tenant compte des éléments dont vous disposez. Pouvez-vous combiner différents matériaux pour fabriquer de nouveaux éléments que vous pourrez utiliser pour créer votre effecteur de verrouillage?
Sélectionner
Après avoir fait un remue-méninges et échangé des idées avec les autres, choisissez votre idée préférée et faites un croquis de votre conception avant d'essayer de la réaliser. De quels matériaux disposez-vous? Comment les utiliserez-vous? Quelles contraintes ajouteront-ils à votre conception?
Faire un prototype
- Tracez votre main sur un morceau de carton (ou une boite de céréales vide) et découpez-la.
- Pliez les doigts de la main en carton aux endroits des articulations de vos doigts (vous pouvez faire deux ou trois articulations par doigt, au choix).
- Fabriquez des tubes de papier ou trouvez un objet tubulaire comme une paille, et découpez-en des morceaux qui pourront être placés sur les trois segments de vos doigts en carton. Collez-les sur le carton avec de la colle ou du ruban adhésif.
- Faites passer un morceau de ficelle dans les tubes de chaque doigt. Nouez-en les extrémités ou collez-les à la main pour que les ficelles ne tombent pas. Les perles sont aussi une excellente option, si vous en avez.
- Quand vous tirez sur les ficelles, les doigts doivent maintenant tous pouvoir se replier comme ceux d'une main humaine.
- Placez divers objets dans la paume de la main et vérifiez si la main est capable de tenir ou d'agripper l'objet.
Vues du dessus et du dessous d'un actionneur de main fonctionnant à l'aide de plusieurs ficelles. (Source : ASC.)
En tirant sur les ficelles, on active les doigts de manière à agripper le marteau, comme le montrent ces deux images. (Source : ASC.)
Tester
Commencez à expérimenter en modifiant le nombre de doigts, les articulations ou la longueur des doigts pour concevoir des modèles plus fonctionnels, plus forts ou plus efficaces. Est-ce que cela fonctionne? Êtes-vous capable de tenir ou d'agripper différents types d'objets?
Revoir
- Cela a-t-il fonctionné? Sinon, quelle partie vous empêche de prendre ou de tenir un objet?
- Comment modifieriez-vous votre construction pour pouvoir saisir votre objet sous tous les angles?
- Comment pouvez-vous rendre votre effecteur plus efficace?
- Comment pourriez-vous le construire avec moins de matériaux?
- Y a-t-il des choses que vous feriez différemment ou que vous ajouteriez si vous aviez plus de temps ou des matériaux différents?
Communiquer
- Quelles sont les principales caractéristiques de votre effecteur de verrouillage de bras robotisé? Est-ce que vous êtes fier d'un aspect en particulier?
- Montrez-nous votre projet ou demandez à un adulte de publier une photo dans les médias sociaux et de mentionner l'ASC. On ne sait jamais, un véritable astronaute pourrait voir votre création!
Approfondir
- Pouvez-vous ajouter ou enlever des éléments à votre effecteur de verrouillage pour améliorer son efficacité?
- Essayez d'utiliser des circuits de papier pour ajouter des lumières à votre effecteur de verrouillage.
- Utilisez des servomoteurs et un microcontrôleur pour actionner votre effecteur de verrouillage.
- Concevez des composants dans votre logiciel de modélisation 3D préféré et imprimez en 3D des pièces personnalisées.
- Utilisez des servomoteurs, des capteurs et un microcontrôleur pour automatiser votre effecteur de verrouillage.
- Intégrez de la programmation avec Scratch ou Makey Makey pour rendre interactif votre effecteur de verrouillage.
- Intégrez des mécanismes pour commander votre effecteur de verrouillage.
Liens avec le programme pédagogique
- Raisonnement technique, processus de conception technique
- Pensée critique, résolution de problèmes, communication et collaboration
- Sciences :
- Mécanismes simples
- Espace
- Santé :
- Dextérité, muscles et mouvements du corps
- Mathématiques :
- Mesures
- Technologie :
- Robotique
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