Notre but est de tester la puissance développée par ce moteur, en appuyant sur la roue pendant qu’il tourne selon différentes tensions (3V, 5V ou 6V).
On va brancher le câble rouge à la borne rouge et le câble vert à la borne noire
– Allumer l’alimentation
– Choisir la tension
– On exercera une pression variable sur la roue avec la main
– On fera une analyse qualitative du nombre de tours/minute en fonction du nombre de volts
– On fera une analyse qualitative du couple
– On calculera la puissance en faisant: 1W=1A*1V
– On répétera cette expérience en faisant varier la tension et l’intensité
Nous avons connecté le moteur avec le générateur. Ensuite, nous avons progressivement changé la tension en volts. On a remarqué des différentes intensités en sortie pour différentes tensions en entrée. Afin de trouver la puissance délivrée par le moteur en sortie nous avons multiplié l’intensité par la puissance.
Les résultats des deux équipes sont assez similaires, on pense donc que nos résultats sont justes.
Dans le cadre des Sciences de L’Ingénieur au LP2I, nous vous présentons une étude sur le Bras Bionique réalisée par BOONE Clément, DUBECH Lola, SAULNIER Octave et LA FONTAINE Louis.
Squelette mécanique d’un bras bionique. (bras droit) // Source : proceeder.eu
Étude 1 – Le bras bionique
ANALYSE DE BESOIN
Fonction principale :
Ce bras bionique permet, à partir de l’information transmise par le cerveau, de contrôler le bras simplement par la pensée pour pouvoir remplacer le bras d’une personne humaine. Elle se rapproche au plus près de ce dernier par son poids, sa puissance, ses mouvements et sa dextérité.
Le bras bionique doit pouvoir répondre aux besoins de l’utilisateur. Lorsque l’utilisateur achète ce produit, il souhaite que l’objet remplace partiellement, voir totalement l’usage de son bras. Il doit pour cela :
bénéficier d’un design permettant d’intéresser le plus de monde possible (par exemple, il est possible d’ajouter une certaine pilosité ainsi que certains tatouages pour ressembler le plus possible à un bras réel.)
ne pas être trop bruyant
bénéficier de matériaux compatibles avec la peau humaine, qui soient solides et durables
pouvoir être contrôlé par le cerveau
bénéficier d’une autonomie suffisante pour que l’utilisateur ait besoin de le recharger le moins souvent possible.
bénéficier environ du même poids qu’un bras normal pour ne pas perturber l’utilisateur et rendre son utilisation la plus agréable possible.
bénéficier d’une bonne fluidité de mouvement.
2. ANALYSE DU SYSTEME
Fonctionnement vu de l’utilisateur :
Fonctionnement du bras bionique // Source : brasbionique.wordpress.com
Le bras bionique est contrôlé par le cerveau qui lui envoie des informations par le biais de la
pensée. Une puce située dans l’avant bras permet de restaurer la connexion entre le cerveau et les signaux nerveux (grâce à la transplantation de nerfs dans la poitrine du patient). Au niveau de l’épaule, le bras bionique à une multitude de micro capteurs qui interprètent les informations envoyées par le cerveau vers les muscles absent. Le bras effectue ensuite le mouvement demandé par l’utilisateur.
3.FONCTIONS ET SOLUTIONS TECHNIQUE
Shéma d’un capteur nerveux // Source : http://tpepauljulienlievrethomas.16mb.com
–Capteurs:
Fonction technique: réception des informations de sortie nerveuses, rétablir la connexion nerveuse entre le bras et le cerveau.
Solution technique: capteurs nerveux électrode
Le bras bionique fonctionne avec des capteurs qui se situent pour rétablir la connexion nerveuse entre le cerveau et le bras. Pour optimiser cet appareil il faudrait réduire les temps de réaction entre le choix de faire le mouvement et le mouvement effectué. On pourrait aussi optimiser la rapidité du bras car actuellement il faut 3 sec pour effectuer un 360 ° avec le poignets ou le bras supérieur.
–Alimentation:
Fonction technique: Alimenter en énergie électrique de manière autonome.
Solution technique: Batterie rechargeable
4. IMPACT ENVIRONNEMENTAL
Le bras bionique est composé de biomatériaux tels que :
*Les fibres de carbone
*Les alliages de titane
*L’acier inoxydable
*Gomme de silicone
Ce sont des matériaux conçus pour interagir avec les systèmes biologiques. Ces biomatériaux sont utilisés dans le cadre de la médecine. Ils peuvent être naturels ou synthétiques. Il s’agit de varier la composition des éléments en utilisant différents matériaux dans le but d’imiter de la meilleure façon le bras humain. Les matériaux sont donc choisis en fonction de leur comportement face aux tissus humain notamment au niveau du raccord entre le corps et la prothèse Il ne faut pas que ces matériaux puissent avoir des effets néfastes au niveau de la peau ou du corps du patient. Ces biomatériaux permettent donc de remplacer un membre manquant de façon à respecter au mieux la liaison entre le corps et la prothèse.
Protéger de la pluie et du soleil en créant de l’ombre
Principales fonctions de service du système et contraintes
Être silencieux
Prendre peu de place lorsqu’il est rangé
Se déplier rapidement et de manière autonome
Pouvoir être déplié même lors d’une coupure de courant avec un système manuel de secourt
Supporter les chocs de la pluie
Couvrir le plus de place possible pour protéger la plus grande surface possible
Être imperméable
S’ouvrir automatiquement et sur une certaine surface quand il y a du soleil
Description du fonctionnement, vu de l’utilisateur
Télécommande à distance + interrupteur qui permissent contrôler les mouvements du store :
Interumpteur imperméable Mural
Télécomande sans fil
Stopper le store
Le faire monter ou le faire descendre (contrôler l’inclinaison)
Contrôler le déroulement du storeManivelle démontable pour permettre à l’utilisateur de dérouler le store manuellement lorsqu’il y a une panne énergétiqueVidéos sur le fonctionnement du store terrasse motorisé :
Cette machine est prévu pour faire pain, des gâteaux, de la confiture, de la patte à pain de manière autonome.
2.2 Fonctions de service et contrainte
-être simple d’emplois.
-répondre au programme demander.
-être autonome.
-résister à l’environnement.
-être esthétique.
-s’adapter au secteur d’alimentation en électricité.
3 Analyse du système
3.1 Fonctionnement, vu de l’utilisateur
Cette machine est équipé de 6 boutons poussoirs qui permettent à l’utilisateur de choisir les mode de cuisson. Il y a deux boutons pour gérer le minuteur de la machine, un bouton pour sélectionner les menu, un bouton pour faire brunir le pain, un bouton pour la gestion du poids et un bouton pour commencer a cuisson.
3.2 Matière d’œuvre et valeur ajoutée
La machine à pain transforme les ingrédients que nous lui avons ajoutée pour la transformer en pâte à pain qu’il cuis ensuite.
3.3 Flux
Seul le déplacement autonome du robot avec détection des obstacles et du vide est pris en compte dans ce schéma fonctionnel.
– Sur ce schéma fonctionnel on représente des flux d’informations (en vert ici) et des flux d’énergie (en rouge ici).
4 Quelques fonctions techniques et solutions techniques
4.1
Interface de dialogue- Fonction technique : Dialoguer avec l’utilisateur
– Solution technique : des boutons poussoirs, et des Leds permettent l’acquisition d’informations sur des choix de l’utilisateur (mode de fonctionnement) et d’informer l’utilisateur.
4.2 Alimentation
– Fonction technique : Alimenter en énergie électrique de manière constante
5 Impact environnemental
– La machine à pain utilise l’électricité que le temps de son utilisation
– La machine à pain est bruyante.
– La machine à pain utilise des matériaux électroniques
Lors de cette étude de cas nous avons choisi le thème des drones:
Nous allons étudié les avantages, les inconvénients et les solutions techniques pour prendre des photos aériennes avec un drone.
Le drone est un Aéronef dépourvu de pilote. Il se commande à distance, à vue, ou au moyen d’une caméra embarquée. Plus stable que les hélicoptères, plus maniable que les avions, grâce à ses multiples hélices, il se distingue pour le vol stationnaire et donc pour les prises de vues aériennes photos et vidéos. En revanche, il possède un faible autonomie ce qui limite très rapidement son utilisation, et sa petite envergure fais du drone un objet très sensible au vent. En effet, si le vent excède une vitesse de 40 km/h alors le drone vire en fonction de la direction du vent. Outre les domaines militaires et professionnels ( surveillance des zones inondées,des lignes haute tension, des manifestations , thermographie aérienne), Le drone est un objet dont le prix est plutôt élevé mais de plus en plus de particuliers en font l’acquisition.
Voici et un tableau citant plusieurs avantages et inconvénients du drone par rapport aux autres véhicules volants comme l’avion, l’hélicoptère ou l’ULM:
DRONE
AUTRE VÉHICULE VOLANT
maniabilité a environ 30 cm de marge
maniabilité a plusieurs
Vol stationnaire possible
Vol stationnaire seulement pour l’hélicoptère
peut voler partout et proche des maison sauf au dessus des foules
hauteur minimum de vol : 150m
Nous avons besoin au maximum du permis théorique ULM
Besoin du permis avion ou hélicoptère
très sensible au vent ( supérieur a 40km/h )
sensible seulement au très fort vent
Très peu d’autonomie
Très grande autonomie
Prix pas très élevé pour un professionnel
Prix vraiment très élevé
Photo du drone utilisé au LP2I. Un quadricoptère parrot A.R drone Source: LP2I
Le drone a été conçu comme un objet maniable, léger et stable auquel on peut fixer un appareil de prise de vues et dont on peut manier facilement ce dernier.
Les solutions techniques:
Afin de déplacer le drone les ingénieurs on du mettre en place une télécommande infrarouge qui permet de déplacer le drone et d’effectuer des prise de vus a plusieurs mètres de hauteur. Ce système fonctionne grâce a une télécommande qui envoie les informations sous forme d’infrarouge que le drone reçoit et exécute grâce a un récepteur infrarouge.
Le drone possèdent un moteur électrique qui est donc non polluant et non bruyant. il est fabriqué a partir de tôle en alliage d’aluminium de 3mm d’épaisseur, avec du plastique et du polystyrène.
La pratique:
Le drone du Lycée ( un quadricoptère A.R drone Parrot®) possède un point d’accès wi-fi, étant donné que chaque élève du lycée dispose d’une tablette, nous avons pus diriger le drone via wi-fi a partir de nos tablettes.
Matthieu B. faisant voler le drone du lycée Source: LP2I
L’image d’une thermographie réalisé grâce à un drone Source: http://www.flyingeye.fr/case/thermographie-de-batiments-par-drone/
Un drone octocoptère thermographique. source: http://www.studiofly.fr/
Nous cherchons à décrire le ou les besoins auquel répond le système choisi.
Description d’une solution technique:
La nacelle gyrostabilité est la solution technique retenu afin de répondre à la fonction technique « orienter l’appareil de prise de vue et le stabiliser en fonction des mouvements du multicoptère ». Cette nacelle doit s’adapter aux dimensions de l’hélicoptère, être suffisament légère pour le multicoptère et se fixer à celui-ci. Elle permet de maintenir la caméra horizontale lors du roulis et du tangage de l’appareil rendant l’image plus stable.
Exemple de solution technique réduisant l’impact environnementale :
Le drone a adapté plusieurs batteries électriques afin de répondre à l’impact environnemental qui est quasi négligeables grâce cette solution technique. Ainsi, le drone pollue beaucoup moins au niveau énergétique et au niveau sonore qu’un moteur thermique.
Le drone a trois axes de rotations source http://aerololo.free.fr/
Le drone peut s’élever dans le ciel puis redescendre pour atterrir, enfin le drone une fois élever dans le ciel, peut se déplacer vers l’avant, l’arrière, la gauche ou la droite. Ces mouvements sont possible car le drone est capable de gérer individuellement la vitesse de rotations de ses hélices afin de lui permettre ces différents mouvements.
Les différents flux d’informations sont:
Le flux d’information de la camera de du drone a un espaces de stockage
Le flux d’information allant de l’appareil contrôlant le drone (Tablette/Smartphone/Télécommande) au recepteur du drone.
Du récepteur du drone au moteur du drone
Le flux d’information allant du moteur au différentes hélices afin de contrôler la rotation de chaque hélices pour pouvoir contrôler la direction du drone
Les différents flux mécanique:
– Le flux du moteur au hélices.
Les différents matériaux utiliser :
Les différentes types de matériaux utiliser sont du plastique sous différentes forme. L’utilisation du plastique s ‘explique grâce a a son poids nettement inférieur au poids du metal. Cependant le drone est consolider par du polystyrène car c’est un matériaux léger et absorbeur de choc, le plastique étant un matériaux plus fragile. La batterie dans le drone ne peut être dans en plastique car une batterie ne peut etre en plastique.
Comme amélioration techniques on pourrait très bien proposer:
Le drone pourrait être autonome et il pourrait nous suivre en autonomie.
Le drone pourrait être télécommandable par des lunettes pour donner une ascension de vol
Il pourrait avoir une fonction de transport. Le drone pourrait nous transporter.
-La thermographie aérienne sert également à réaliser des détections de cavités souterraines, des détections de fuites hydrauliques souterraines importantes, des contrôles de centres d’enfouissement recherche de pollutions sur terre et en mer.
Analyse du système
FS1 : Permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.
FT2 : Transporter, orienter et piloter une caméra thermique infrarouge.
Ballon captif blanc, nacelle noire sous le ballon contenant une caméra à thermographie, relié à un treuil par un câble
Une solution technique qui a été retenu par le constructeur est l’utilisation du ballon « Gélule 2 » car il permet de transporter une masse totale de 3,7 kg ; cette masse équivaut à la somme des masses de la caméra, des systèmes de fixation qui fait 1,7 kg, il faut y ajouter celle du câble et de la nacelle, qui fait 3,7 kg.
Dimensions, caractéristiques et performances ( en plaine) des différents ballons captifs
(Source : Bac 2013 – Sciences de l’ingénieur )
Afin de réduire son impact environnemental, le système choisi est un ballon sphère car, contrairement au ballon dirigeable, il est peu coûteux et facilement transportable.
Le treuil reste immobile sur le sol, le ballon se dirige selon une trajectoire strictement verticale la caméra suit la direction du ballon et elle sera dirigé a distance,
La tension moyenne est de 12V pour le moteur. La vitesse angulaire à la sortie du moteur est réduit par un réducteur à engrenage et une transmission par poulies crantées. Pendant une montée, une simulation a permis de déterminer 900 joules d’énergie consommée. Le rendement du variateur de vitesse est à peu près égal à 100%. La consommation d’énergie en termes de vitesse est donc négligeable.
Les différent matériaux utilisés sont le carbone, l’aluminium, l’acier inoxydable, fibre de verre.
Evolution possible du ballon captif
Les évolutions possibles pouvant être apportées, sous forme fonctionnelle du système, seraient d’ajouter un moteur sur le ballon qui permettrait de le diriger à distance à l’aide d’une télécommande sans fil, d’augmenter l’autonomie de la caméra.
Comparaison du Ballon captif, à différents moyens de transport
Type
alimen-tation
Coût
Consommation
Niveau sonore
Hauteur de prise de vue
Émission de CO²
Type de mesures
Hélicoptère léger (2/3 places)
pétrole
250 € / h
chère
30 à 40 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Hélicoptère mono-turbine (5/6 places)
pétrole
500 € / h
(chère)
100 à 140 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Avion de tourisme
pétrole
110 € / h
(chère)
27 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
U.L.M
pétrole
110 € / h
(chère)
27 litre / h
( polluant )
35 dB
à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Ballon Captif
/
30 € / h
(peu
chère)
0 litre / h
( non polluant )
0 dB à 0M
(pas bruyant)
Max 150m
(petite hauteur)
Non
Toiture, façades et sites difficiles d’accès
Vue d’un ballon captif pour thermographie aérienne
Contrainte liée au Ballon captif
le ballon captif doit pouvoir résister a des températures très froide, à résister aux vents puissants, il ne doit pas s’envoler et doit être maîtrisé au sol et que le système de retenue soit résistant est maniable.
Diagramme pieuvre d’un ballon captif à thermographie aérienne
Stationdeski : FS1 : permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.
Condition météo: FS2 : être utilisable sous certaines conditions météorologiques.
Terrain : FS3 : s’adapter au terrain d’évolution.
Atmosphère : FS4 : être utilisable quelle que soit l’altitude du terrain.
Esthétique : FS5 : être esthétique (aspect des matériaux, formes, couleurs, etc.).
environnement : FS6 : respecter les normes environnementales.
Satellites : FS7 : connaître les coordonnées G.P.S de la prise de vue
La première séance a permis aux élèves de découvrir la démarche permettant d’analyser fonctionnellement un système. Ils travaillent par groupe de 3 ou 4 en autonomie avec un questionnaire, un cours, des documents ressource, une vidéo, … et les systèmes (ou sous-systèmes) présents dans la salle. Les élèves s’aident efficacement entre eux (coformation) et s’autocorrigent avec des documents demandés au professeur après l’analyse de chaque système.
4 systèmes sont proposés :
. Souris sans fil
. Scanner (de documents)
. Direction assistée de la Twingo
. Sécateur électrique
Vidéo sur le sécateur électrique (Photo LP2I)
Analyse de la souris sans fil (Photo LP2I)
Analsye de la diretion assistée de la Twingo (Photo LP2I)
