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Mon Canadarm3 mobile

Concevez un Canadarm3 mobile à trois parties et deux degrés de liberté (et découvrez ce que sont les degrés de liberté).

Niveau scolaire

de la 3e à la 5e année

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

Saviez-vous que le Canada est un expert en robotique spatiale? Notre pays fournira le Canadarm3 à la station spatiale lunaire Gateway. Il a aussi conçu le Canadarm2 pour la Station spatiale internationale (SSI) et le premier Canadarm pour l'ancien programme de la navette spatiale. Voyez une comparaison des trois bras robotisés.

Ces bras robotisés sont très importants pour le programme spatial, car ils servent à la construction, à la maintenance, à l'inspection et à la réparation de l'équipement spatial. Ils aident aussi à déplacer les astronautes dans l'espace et même à attraper les vaisseaux-cargos pour les arrimer à la SSI.

Les robots ressemblent aux humains, mais en sont différents aussi. En examinant le Canadarm, on constate qu'il a la forme d'un bras humain. On a des muscles qui nous aident à faire bouger les bras, mais les robots, eux, ont des moteurs. Les humains ont un système nerveux qui indique aux muscles quand bouger, les robots ont des fils. On a un cerveau qui nous aide à contrôler tout le corps et à décider pourquoi et comment on doit bouger. Les robots ont un ordinateur et un logiciel qui leur dit quoi faire et comment le faire.

Pensez à la façon dont vos bras bougent. Quels mouvements pouvez-vous faire (p. ex. plier, pivoter)? Lesquels sont plus difficiles? Lesquels sont limités et lesquels sont faciles? Un bras robotisé pourrait-il bouger de la même façon? Aurait-il besoin d'articulations supplémentaires pour le faire? En robotique, une articulation (ou axe de déplacement) est appelée « degré de liberté ».

Renseignements supplémentaires sur les degrés de liberté

Le Canadarm2 a sept degrés de liberté, ce qui est très semblable à un bras humain. Autrement dit, il a :

  • trois articulations à l'épaule (elles permettent au bras de pivoter des deux côtés, et de monter et baisser);
  • une articulation au coude (elle permet de plier le bras);
  • trois articulations au poignet (elles permettent les mêmes mouvements que celles à l'épaule).

Essayez de bouger votre bras comme le Canadarm2 (en passant, le Canadarm3 bougera de la même façon lui aussi). Quelle est la différence entre le Canadarm2 et votre bras? C'est ça! Vous avez des doigts et il n'en a pas!

Imaginez maintenant si on ne pouvait pas plier les bras, ni faire bouger les mains de haut en bas et de gauche à droite, ni avoir des mains avec des doigts articulés. En quoi la vie serait-elle différente? Quelles parties de notre corps permettent à nos bras et à nos mains d'être si utiles?

Gardez cette information en tête pendant la conception de votre Canadarm3 mobile.

Identifier

Vous allez concevoir un bras robotisé à trois segments et deux degrés de liberté. Votre bras aura donc trois parties et deux articulations, et deux des parties pourront bouger indépendamment l'une de l'autre.

Matériel suggéré

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

Sélectionner

Après votre séance de remue-méninges, choisissez une idée qui vous plait et faites un croquis de votre conception avant d'essayer de la fabriquer. De quels matériaux disposez-vous? Comment les utiliserez-vous? Comment fabriquerez-vous les articulations du bras robotisé et comment relierez-vous les différentes parties du bras entre elles? Qu'utiliserez-vous pour faire bouger le bras?

Faire un prototype

Voici les étapes à suivre pour fabriquer votre propre Canadarm3.

  1. Concevez le premier segment de votre bras en utilisant les matériaux à votre disposition.
  2. Concevez le deuxième segment de votre bras en utilisant les matériaux à votre disposition.
  3. Concevez le troisième segment de votre bras en utilisant les matériaux à votre disposition.
  4. En utilisant la méthode de votre choix et les matériaux à votre disposition, créez deux articulations, soit une à chaque extrémité du segment central de votre bras à trois segments.
  5. Attachez les pièces ensemble et assurez-vous que les articulations ne sont pas trop serrées pour que les segments de votre bras puissent bouger.
  6. Comment allez-vous faire bouger le bras? Avec de la ficelle? Des élastiques? Une combinaison de ficelle et d'élastiques ou quelque chose d'autre complètement?

Il vous faudra peut-être fabriquer plus d'un prototype pour vous assurer que votre bras robotisé fonctionne bien.

Exemple d'un bras robotisé avec deux degrés de liberté. (Source : ASC.)

Tester

Est-ce que ça fonctionne? Est-ce qu'au moins deux parties de votre bras bougent? Pouvez-vous toucher un objet sur tous ses côtés?

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