Club Robotique - Poubelle à couvercle automatique
- Description du projet
- Modélisation en 3D du couvercle
- Fonctionnement et programmation des composants
- Assemblage et programmation de la poubelle à couvercle automatique
Description du projet
Introduction
Pour ce cycle, nous allons réalisée une poubelle avec une ouverture de couvercle automatique.
Description des compétences visées :
Compétences techniques et mécaniques :
-
Conception mécanique : savoir imaginer et concevoir le mécanisme d'ouverture automatique du couvercle
-
Assemblage de composants : apprendre à manipuler et assembler les différentes parties (couvercle, axe, moteur, composants électroniques, etc.)
-
Choix des matériaux : identifier les matériaux adaptés au projet
Compétences en électronique :
-
Découverte et câblage de capteurs pour détecter une présence.
-
Découverte et câblage de servomoteur pour l'ouverture/fermeture du couvercle.
-
Savoir réaliser un schéma de câblage et connecter les composants sur une carte Arduino.
Compétences en programmation :
-
Programmation d'un microcontrôleur Arduino : écrire un code qui gère les capteurs, les délais, et l'action du moteur.
-
Logique conditionnelle : comprendre comment programmer des conditions simples (si détection → ouvrir couvercle).
-
Optimisation du fonctionnement : ajuster les temps de réponse, la durée d’ouverture, etc.
Compétences transversales :
- Gestion de projet : planifier les étapes de réalisation, répartir les tâches, respecter les délais.
-
Résolution de problèmes : savoir réagir face aux imprévus techniques ou fonctionnels.
-
Travail en équipe.
Description du programme des séances :
~6 séances :
- ~Introduction du projet (brainstorming)
- ~2 séances sur TinkerCAD et sur l'impression 3D
- ~1 séance Actionneur : servomoteur RC 180°(déplacement)
- ~1 séance Capteur : ultrason (distance)
- ~1 séance Assemblage et programmation
Matériel :
- 1 x Arduino Nano ou compatible (seeeduino, funduino,...) : ~10€
- 1 x câble USB C : ~1€
- 1 x Sensor Shield pour Arduino Nano : ~3€
- 1 x servomoteur à rotation 180° (Servomoteur 180° SG90 9g) : ~2€
- 1 x Module ultrason (HC-SR04) : ~2€
- 1 x porte pile 4xaa : ~2€
- Une imprimante 3D pour imprimer les pièces du projet (fichier disponible à la prochaine page)(~5€ de filament) :
Total de 25€ par poubelle
Modélisation en 3D du couvercle
Avant de commencer à modéliser en 3D notre pièce, veuillez consulter les pages suivantes :
- Cette page expliquant comment créer une classe sur Tinkercad (utile pour le travail en groupe ou en classe).
- Cette page expliquant comment utiliser Tinkercad pour modifier un fichier 3D (Une séance pour apprendre à utiliser tinkercad avant de modéliser la pièce finale peut-être envisagé)
Commençons à modéliser en 3D le couvercle de la poubelle à couvercle automatique.
Préparation de l’environnement
Créer une classe sur Tinkercad et faire rejoindre tous les élèves.
Comment créer une classe sur tinkercad :
https://innovation.iha.unistra.fr/books/2-fablab-formation-machines-logiciels/page/creation-dune-classe-tinkercad
Réaliser un pavé droit de dimension :
- 80 mm de Longueur
- 80 mm de largeur
- 3 mm de hauteur
Réaliser deux pavés droits de dimensions :
- 14.5 mm de Longueur
- 4.5 mm de largeur
- 3 mm de hauteur
Les placer avec un espacement de 43 mm entre eux, les sélectionner et les regrouper (CTRL+G).
Center les deux pavés droits la base du couvercle comme l'image ci-dessous à gauche et aligner manuellement les pavés droit à la base comme l'image ci-dessous à droite et regrouper le tout (CTRL+G)
Astuce : afin d'aligner le tout plus facilement, vous pouvez rendre "Inactif" la "Grille D'accrochage" en bas à droite de l'interface de Tinkercad.
Réaliser un pavé droit de dimension :
- 10.5 mm de Longueur
- 4.5 mm de largeur
- 11 mm de hauteur
L'aligner manuellement avec une des charnières de la réalisation précédente.
Faire de même pour l'autre coté.
Réaliser un cylindre de dimension :
- 10.5 mm de Longueur
- 4.5 mm de largeur
- 11 mm de hauteur
Et le centrer avec l'outil aligner par rapport à la pièce réalisée précédemment.
Le centrer maintenant par rapport à cette partie de la pièce (voir photo ci-dessous à gauche) et le surélever (avec la flèche noir entourée en rouge sur la photo ci-dessous à doite) de 3 mm. A présent, sélectionner le tout et les assembler.
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'un Arduino ?
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 ?
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 ?
https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-educative/page/quest-ce-quun-servo-moteur
Explication du câblage complet
Maintenant que nous avons vu chaque composant individuellement, voici un résumé du câblage complet :
-
Capteur à ultrasons (HC-SR04) :
- VCC → 5V de l’Arduino
- GND → GND de l’Arduino
- TRIG → D9 de l’Arduino
- ECHO → D10 de l’Arduino
-
Servomoteur :
- VCC (fil rouge) → 5V de l’Arduino
- GND (fil noir) → GND de l’Arduino
- Signal (fil jaune) → D12 de l’Arduino
Conclusion et exercices pratiques
Synthèse :
- Nous avons vu comment l’Arduino Nano fonctionne avec un shield pour faciliter les connexions.
- Nous avons compris comment le capteur à ultrasons mesure des distances.
- Nous avons compris comment fonctionne le servomoteur et comment le contrôler.
Exercice pratique :
Pour terminer la séance, les participants peuvent reproduire le câblage décrit ci-dessus sur leur propre montage.
Correction de L'exercice :
Code à utiliser : Le code sera introduit dans la prochaine séance, mais vous pouvez donner un aperçu du fonctionnement et les amener à réfléchir sur la façon dont les composants vont interagir ensemble.
Assemblage et programmation de la poubelle à couvercle automatique
1. Utilisation du capteur à ultrasons HC-SR04
Objectif :
Gestion et programmation des capteurs/actionneurs de la poubelle à couvercle automatique dans son ensemble.
Assemblage :
Le modèle 3D de la poubelle à imprimer en 3D ce trouve en pièce jointe du wiki
Positionner les capteurs de la même façon que sur les photos ci-dessous.
Câblage :
Vous référez à la page précédente . Voici un résumé :
- Capteur à ultrasons :
- VCC → 5V de l’Arduino
- GND → GND de l’Arduino
- TRIG → D9 de l’Arduino
- ECHO → D10 de l’Arduino
- Servomoteur :
- VCC (fil rouge) → 5V de l’Arduino
- GND (fil noir) → GND de l’Arduino
- Signal (fil jaune) → D11 de l’Arduino
Programmation final :
Programmation par bloc avec Mblock :
Demander aux élèves de réaliser le code final tout en les aidants si besoin. Voici le code final :
Programmation avec arduino IDE :
En fonction du niveau, demander aux élèves d'écrire ou de copier le code suivant tout en expliquant ce dernier.
#include <Servo.h> // Inclure la bibliothèque Servo
// Déclaration des pins
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
Servo myServo;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Initialiser la communication série
pinMode(trigPin, OUTPUT); // Définir le trigPin comme sortie
pinMode(echoPin, INPUT); // Définir l'echoPin comme entrée
myServo.attach(6); // Attacher le servomoteur à la pin D6
myServo.write(0); // Position initiale à 0 degrés
}
void loop() {
// Envoyer un signal
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
// Lire la durée du signal de retour
long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
int distance = duration * 0.034 / 2; // Calculer la distance
// Afficher la distance dans le moniteur série
Serial.print("Distance: ");
Serial.print(distance);
Serial.println(" cm");
// Si la distance est inférieure à 5 cm, déplacer le servomoteur
if (distance < 5) {
myServo.write(140); // Positionner le servomoteur à 180 degrés
delay(1000); // Attendre 1 seconde
myServo.write(0); // Retourner à 0 degrés
}
delay(500); // Attendre un peu avant la prochaine mesure
}
Conclusion et discussion
Synthèse des compétences acquises :
Compétences techniques et mécaniques :
-
Conception mécanique : savoir imaginer et concevoir le mécanisme d'ouverture automatique du couvercle
-
Assemblage de composants : apprendre à manipuler et assembler les différentes parties (couvercle, axe, moteur, composants électroniques, etc.)
-
Choix des matériaux : identifier les matériaux adaptés au projet
Compétences en électronique :
-
Découverte et câblage de capteurs pour détecter une présence.
-
Découverte et câblage de servomoteur pour l'ouverture/fermeture du couvercle.
-
Savoir réaliser un schéma de câblage et connecter les composants sur une carte Arduino.
Compétences en programmation :
-
Programmation d'un microcontrôleur Arduino : écrire un code qui gère les capteurs, les délais, et l'action du moteur.
-
Logique conditionnelle : comprendre comment programmer des conditions simples (si détection → ouvrir couvercle).
-
Optimisation du fonctionnement : ajuster les temps de réponse, la durée d’ouverture, etc.
Compétences transversales :
- Gestion de projet : planifier les étapes de réalisation, répartir les tâches, respecter les délais.
-
Résolution de problèmes : savoir réagir face aux imprévus techniques ou fonctionnels.
-
Travail en équipe.
Perspectives :
- Comment pourrait-on améliorer ce projet ? (ex. : ajouter une LED qui s'allume lorsque l'objet est détecté, amélioration de pièces mécaniques, etc...)
- Quelles autres applications pourraient utiliser un capteur à ultrasons et un servomoteur ensemble ?
- etc...
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