2 - Kits pédagogiques

2-1 Fonctionnement des kits pédagogiques

2-1 Fonctionnement des kits pédagogiques

Fonctionnement des kits pédagogiques

Qu'est ce qu'un kit pédagogique ?

Les kits pédagogiques sont des ensembles de matériel et de ressources conçus pour permettre la réalisation d’activités techniques en autonomie dans le cadre du Fablab.

Chaque kit comprend :
-Le matériel nécessaire à la réalisation de l’activité
-Une documentation associée (fiche projet, tutoriel, consignes)
-Éventuellement des fichiers numériques (modèles 3D, schémas, code)

Le fonctionnement repose sur une utilisation encadrée :
-L’enseignant référent assure la gestion et la distribution des kits sur site
-Les utilisateurs suivent la documentation fournie pour réaliser l’activité
-Le matériel est vérifié et remis en état après utilisation

Pourquoi utiliser des kits pédagogiques ?

L’objectif est de proposer des activités reproductibles, structurées et adaptées à un usage pédagogique, tout en garantissant l’autonomie des utilisateurs et la pérennité du matériel.

Comment demander des kits pédagogiques ?

Dans un premier temps, je vous invite à découvrir nos kits pédagogiques afin de déterminer celui qui vous intéresse.

Ensuite vous pouvez nous contacter à l'une des adresses e-mail suivantes : 

2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Description du projet

Introduction :

Pour ce cycle, nous allons réalisée une poubelle avec une ouverture de couvercle automatique.

Snapchat-249294718.jpg

Description des compétences visées :

Compétences techniques et mécaniques :

Compétences en électronique :

Compétences en programmation :

Compétences transversales :

Description du programme des séances :

~6 séances :

Matériel :

2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Modélisation en 3D du couvercle

Préparation de la séance (Pour l'animateur) :

Avant de commencer à modéliser en 3D notre pièce, veuillez consulter les pages suivantes :

Début de la séance :

Commençons à modéliser en 3D le couvercle de la poubelle à couvercle automatique.

image.png

Réaliser un pavé droit de dimension :

1.PNG

Ajouter deux pavés droits de dimensions :

Utiliser le mode "perçage" sur ces blocs, puis les placer dans les coins supérieurs gauche et droite du pavé droit comme indiqué ci-dessous.

image.pngimage.png

Sélectionner tout le modèle en appuyant sur les touches "CTRL + A" de votre clavier et utiliser l'outil "Regrouper en union" (Ou les touches "CTRL + G" de votre clavier.

image.png

Ajouter 2 cylindres de dimensions :

Et positionnez-les comme indiqué sur l'image ci-dessous.

image.png

Puis regrouper le tout.

Ajouter un cube et le modifier pour obtenir les dimensions suivantes :

image.png

Ensuite, ajouter un "toit arrondi" et le modifier pour obtenir les dimensions suivantes :

Le positionner en haut du pavé précédemment créé.

image.png

Après cela, ajouter un cylindre de dimensions :

Puis le mettre en mode "perçage".

Maintenant, il faut le positionner au centre de notre toit arrondi. Pour cela utiliser l'outil "Aligner" :

image.png

et positionner notre cylindre au centre comme l'image ci-dessous :

image.png

Puis, regrouper le tout ensemble (CTRL + G) :

image.png

Après cela, faites une rotation de 90° à notre modèle 3D.

image.pngO7Timage.png

Ensuite, positionner la forme au centre de notre base en utilisant l'outil "Aligner" :

image.pngqweimage.png

Il faut à présent faire avancer de 22 mm notre forme par rapport à notre base.

Pour cela, utiliser l'outil "Règle" comme indiqué ci-dessous :

image.png

et la positionner au niveau de notre base :

image.png

Déplacer notre forme de -22 mm :

image.png

Faites une rotation (de -22.5° ou 22.5° en fonction du sens dans lequel vous travaillez) comme ci-dessous :

image.pngimage.png

Utiliser la flèche verticale (voir image ci-dessous) pour mettre la pièce à -11 mm de haut :

image.png

Supprimer le reste de notre forme en créant un nouveau bloc en mode "perçage" et le positionner sous la pièce.

image.png

Sélectionner tout le modèle (CTRL + A) et appuyer sur l'outil "Regrouper" pour obtenir notre couvercle.

image.png


2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Utilisation de la découpe laser pour le mécanisme de la poubelle à couvercle automatique

Objectif :

Initiation à la découpe laser et à l’utilisation du logiciel Inkscape.

Modélisation :

Une fois Inkscape ouvert, vous pouvez commencer la modélisation du mécanisme en bois.

Étape 1 : Création de la forme principale

Vous devez créer un rectangle avec les dimensions suivantes :

image.png

Étape 2 : Création d'un trou d'accueil d'une vis pour la fixation au couvercle

Ajouter un cercle avec les dimensions suivantes :

Positionner ce cercle au centre du rectangle en sélectionnant les 2 formes et à l’aide de l’outil "Aligner", comme montré ci-dessous :

Si vous ne trouver pas l'outil, rendez vous dans l'onglet "Objet > Aligner et distribuer..."

image.png

Étape 3 : Positionnement du trou à 6 mm du bord supérieur

Créer un autre rectangle servant de repère avec les dimensions suivantes :

Positionner ce rectangle au niveau du bord supérieur, comme indiqué ci-dessous :

image.png

Placer le cercle de manière à ce qu’il soit correctement positionné à 6 mm du bord en vous aidant du rectangle de repère précédemment créé.

image.png

Supprimer le rectangle utilisé comme repère, ce qui donne le résultat suivant :

image.png

Étape 4 : Création du second trou d'accueil de vis pour la fixation au servomoteur

Il manque maintenant le trou destiné à la vis reliée au servomoteur.

Créer un cercle avec les dimensions suivantes :

Positionnez le au centre horizontal du rectangle (entre les bords droit et gauche) à l’aide du même outil d’alignement vu précédemment.

image.png

Étape 5 : Positionnement vertical du second trou

Pour positionner correctement ce cercle sur l’axe vertical (axe Y), vous devez créer un rectangle servant de repère avec les dimensions suivantes :

Positionner ensuite les formes comme montré ci-dessous :

image.png

Une fois le cercle correctement placé, vous pouvez supprimer le rectangle utilisé comme repère.

Étape 6 : Découpe au laser

La modélisation du mécanisme en bois est maintenant terminée.
Il ne vous reste plus qu’à procéder à la découpe au laser si vous en disposez d'une.

2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Fonctionnement et programmation des composants

Objectif :

Comprendre le fonctionnement des composants du projet et apprendre à les programmer

1. Introduction à l'Arduino Nano 

Qu'est-ce qu'une Arduino Nano ?

L’Arduino Nano est une petite carte électronique programmable basée sur un microcontrôleur. Elle permet de créer facilement des projets interactifs, elle est donc le cerveau du projet. C'est l'Arduino Nano qui décidera de faire tourner le servomoteur en fonction de la longueur mesurée par le capteur à ultrason en exécutant le programme que vous lui avez donné.

Si vous n'avez jamais utilisé un Arduino Nano, rendez-vous sur cette page : https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-educative/page/quest-ce-que-larduino

2. Capteur à ultrasons HC-SR04 

Qu'est ce qu'un capteur à ultrason et comment il fonctionne ?

Le capteur à ultrasons HC-SR04 est un dispositif utilisé pour mesurer des distances sans contact. Il fonctionne en émettant un ultrasons et en mesurant le temps mis par l’écho pour revenir après avoir heurté un obstacle. Simple à utiliser et peu coûteux, il permettra à l'Arduino Nano de détecter votre main afin de donner un signal au servomoteur et d'ouvrir le couvercle de la poubelle.

Si vous n'avez jamais utilisé un capteur à ultrasons, rendez-vous sur cette page : https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-educative/page/quest-ce-quun-capteur-a-ultrasons

3. Servomoteur SG90 180° 

Qu'est ce qu'un servomoteur et comment il fonctionne ?

Le servomoteur SG90 180° est un petit moteur électrique capable de se positionner avec précision sur un angle allant de 0 à 180 degrés. Il permettra à notre poubelle d'ouvrir son couvercle grâce à la rotation et la force exercée par celui-ci sur le couvercle.

Si vous n'avez jamais utilisé un servomoteur, rendez-vous sur cette page : https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-educative/page/quest-ce-quun-servo-moteur

2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Assemblage et câblage de la poubelle à couvercle automatique

Objectif de la séance :

Réaliser l’assemblage complet de la poubelle à couvercle automatique.

1. Assemblage du capteur à ultrasons

Le modèle 3D de la poubelle à imprimer en 3D ce trouve en pièce jointe du wiki

Vous devez positionner le capteur à ultrasons de la manière suivante :

Snapchat-1872395610.jpgSnapchat-42481692.jpg

Ensuite, vous devez faire passer les fils par le petit trou situé en bas à droite du capteur à ultrasons, comme indiqué ci-dessous :

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Une fois le capteur à ultrasons correctement installé, vous pouvez passer à l’installation de la carte Arduino.

Vous devez glisser votre Arduino Nano, accompagné de son shield, dans l’encoche prévue à cet effet, comme montré ci-dessous :

Snapchat-1512569101.jpgSnapchat-226701473.jpg

Une fois la carte installée dans son support, vous pouvez clipser le couvercle sur la boîte, comme illustré ci-dessous :

Snapchat-469856752.jpgSnapchat-78847917.jpg

Lorsque cette partie technique est terminée, vous pouvez passer à l’assemblage du mécanisme en bois.

Pour cette étape, vous aurez besoin de :

Dans le plus grand trou de la languette en bois, vous devez insérer la vis M3 12, puis l’insérer également dans la languette du couvercle, comme indiqué ci-dessous :

Snapchat-1350187167.jpg

Vous devez ensuite ajouter l’écrou M3, comme montré ci-dessous :

Snapchat-981636419.jpg

Une fois le côté couvercle terminé, il ne reste plus qu’à réaliser le montage côté servomoteur.

Pour cela, vous devez utiliser une vis de servomoteur et y fixer un palonnier avec un axe uniquement, comme sur l’image suivante :

Snapchat-1692850722.jpg

Vous devez maintenant ajouter le servomoteur, Mais avant de le positionner il faut l'initialiser. Pour cela mettez un palonnier sur le servomoteur et tournez le dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sans forcer. Une fois arivé au bout votre servomoteur sera donc a 0°. Une fois fait positionnez simplement le servomoteur sur son siège.

Puis, ajoutez la pièce en forme de U afin de le maintenir en place, comme montré ci-dessous :

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Une fois tous les composants en place, il ne reste plus qu’à clipser le palonnier sur le servomoteur, comme indiqué ci-dessous :

Snapchat-2143529303.jpg

L’assemblage est maintenant terminé.

Câblage

Afin que les composants puissent communiquer entre eux, vous devez maintenant réaliser le câblage.

Voici les broches utilisées :

Capteur à ultrasons (HC-SR04)
Servomoteur

Le montage final doit ressembler à l’exemple ci-dessous

image.png


2-2 Kit pédagogique n°1 - Poubelle à couvercle automatique

Programmation de la poubelle à couvercle automatique

Objectif

Gestion et programmation de l’ensemble des capteurs et actionneurs d’une poubelle à couvercle automatique.

Rappel

Pour programmer la poubelle a couvercle automatique il faut avoir préalablement fait les étapes précédentes disponible ici

Exercice – Programmer la poubelle a couvercle automatique

Objectif pédagogique

Associer un capteur à un actionneur pour automatiser un mécanisme.

Etape 1

Réfléchir à un algorithme.

Correction :

Lorsque l'Arduino Nano démarre

Initialiser l'ultrason

Pour toujours

     Calculer la distance avec l'ultrason

     Si la distance est inférieur à 5cm Alors

          Positionner le servomoteur à 180° (position du couvercle ouvert)

          Attendre 2 secondes.

     Sinon

          Positionner le servomoteur à 0° (position du couvercle fermé)

 Etape 2

Réaliser le code pour la poubelle grâce a votre algorythme.

Correction :

image.png

Défis supplémentaires (pour aller plus loin)

  • Empêcher le servomoteur de bouger inutilement si le couvercle est déjà ouvert.

  • Modifier l’angle d’ouverture (ex : 90° au lieu de 0°).

  • Ajouter un délai avant la fermeture automatique.

Validation attendue

L’élève sait :

  • expliquer le rôle du servomoteur,

  • décrire la logique complète de la poubelle automatique,

  • modifier seul les paramètres (distance, angle, temps).

Bilan pédagogique

À la fin de ces deux exercices, les élèves comprennent :

  • comment un capteur déclenche une action,

  • comment structurer un programme Arduino,

  • comment automatiser un objet du quotidien.

🎯 Résultat : ils sont capables de recréer et adapter le code d’une poubelle à couvercle automatique, ce qui est un excellent projet concret et motivant en robotique.

Correction du code :

Voici la correction du code :

HXXimage.png

Ce programme met en œuvre un système d’ouverture automatique de couvercle basé sur la détection de proximité, typiquement utilisé pour une poubelle robotisée sans contact dans un club de robotique.

Principe général

Le code associe :

L’objectif est d’ouvrir le couvercle lorsqu’un utilisateur s’approche, puis de le refermer automatiquement.

Déroulement du programme

  1. Initialisation au démarrage

    • L’Arduino configure le capteur HC-SR04 avec :

      • broche Trig = 4

      • broche Echo = 5

    • Le servomoteur est connecté à la broche 9.

  2. Boucle de fonctionnement continu

    • Le capteur ultrason mesure en permanence la distance en centimètres devant la poubelle.

    • Cette distance est envoyée sur le port série, ce qui permet :

      • le débogage,

      • la visualisation du comportement du système,

      • l’analyse pédagogique avec les membres du club.

  3. Logique de décision

    • Si la distance mesurée est inférieure à 5 cm :

      • le servomoteur est positionné à 0° → ouverture du couvercle,

      • une temporisation de 2 secondes permet à l’utilisateur de jeter le déchet.

    • Sinon :

      • le servomoteur est positionné à 180° → fermeture du couvercle.

Conclusion et discussion

Synthèse des compétences acquises

Compétences techniques et mécaniques
Compétences en électronique
Compétences en programmation
Compétences transversales

Perspectives

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2-3 Kit pédagogique n°2