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Projet de première (12h)

Publié le 14 oct. 2019 Modifié le : 17 oct. 2019

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Le  lundi 14 octobre 2019

Robot de télé-chirurgie

Proposé par Bruno MASI

  • chirurgie_facing

     

     

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    Présentation

     

    La ressource proposée ici consiste en un mini-projet de sciences de l’ingénieur d’une durée de 12h pour trois élèves de classe de première.

    Il s’agit de réaliser, dans le cadre d’un système de télé chirurgie, un robot capable de recopier à distance la position de la main du chirurgien, mesurée par un inclinomètre. L’étude, qui se limitera à un seul axe, permettra de réaliser des simulations informatiques et des essais, afin de permettre aux élèves de quantifier les écarts entre système souhaité, simulé et réel.

    Synoptique du système

     

    chirurgie 1

    Un asservissement de position sera réalisé autours d’un motoréducteur Légo NXT couplé à un potentiomètre de recopie. L’ensemble sera contrôlé par une carte Arduino Uno équipée d’un shield moteur. Celle-ci effectuera l’acquisition de la valeur de consigne issue d’un module inclinomètre, ainsi que de la position du potentiomètre de recopie. Le code assurant le contrôle de l’asservissement, et notamment du correcteur PID, sera généré par Matlab/Simulink à partir de schémas blocs.

    L’utilisation de Matlab/Simulink, avec déploiement du code sur une carte Arduino, permet aux élèves d’accéder à des mesures en temps réel lors des essais du système.

     

    chirurgie 2

    Exploitation pédagogique

     

    Déroulement

     

    chirurgie 3

     

     

    Travail individualisé

     

    Après avoir découvert le projet, l’équipe de trois élèves se sépare afin que chacun puisse étudier individuellement une partie du système :

    • Le motoréducteur
    • Le potentiomètre de recopie ainsi que la chaine d’acquisition associée
    • L’accéléromètre (utilisé en inclinomètre), ainsi que sa chaine d’acquisition.

    Cette phase permet de mobiliser successivement les compétences ANALYSER, MODELISER, et EXPERIMENTER, puis de quantifier les écarts entre les performances souhaitées, simulées, et réelles, pour chaque sous-ensemble du projet.

     

    Travail en groupe

     

    Durant cette dernière phase, les élèves rassemblent leurs travaux et configurent, puis mettent en œuvre, un modèle de simulation du système complet. Cela leur permet de quantifier les écarts entre système souhaité et simulé.

    A l’aide d’un modèle d’exécution, les élèves mettent en œuvre le système réel. Après avoir réglé le correcteur PID, ils peuvent quantifier les écarts entre le système souhaité et le système réel.

     

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