Le fonctionnement de l’aspirateur robot
3S2 : L’aspirateur robot
Bilan 3S21 — Niveau : 3e — Pages : 1/4 à 4/4
Activité 1 : Besoin et cadre d’utilisation
À quel besoin l’aspirateur robot répond-il ?
Diagramme 1 — Diagramme des cas d’utilisation de l’aspirateur robot
- Utilisateur
- Aspirateur robot
- Cas d’utilisation : nettoyer le sol d’une pièce de façon autonome
À quelles contraintes l’aspirateur robot est-il soumis ?
Diagramme 2 — Diagramme de contexte de l’aspirateur robot
Éléments en interaction avec l’aspirateur robot :
| Type | Élément |
|---|---|
| Externe | Saleté |
| Externe | Sol |
| Externe | Obstacle |
| Externe | Vide |
| Système | Mur virtuel infrarouge |
| Système | Station de recharge |
L’aspirateur robot doit pouvoir fonctionner pour un certain niveau de saleté, sur différents types de sols. Il doit prendre en compte les obstacles présents dans la pièce et les éventuels espaces vides (par exemple un escalier). Il doit fonctionner en interface avec d’autres systèmes comme le mur virtuel infrarouge et la station de recharge.
Enjeux et exigences
L’aspirateur robot est également conçu pour répondre à des enjeux de développement durable et de compétitivité.
Diagramme d’exigence — Spécifications aspirateur robot
| ID | Exigence |
|---|---|
| 1 | Spécifications aspirateur robot |
| 1.1 | Le robot doit aspirer la saleté sur le sol de toute la pièce en contournant les obstacles et en évitant le vide. |
| 1.2 | Le robot doit être éco-conçu selon certains critères. |
| 1.2.1 | Le robot doit contenir le minimum de matériaux non recyclables. |
| 1.2.2 | Le robot doit être économe en énergie. |
| 1.3 | Le prix du robot doit être inférieur à 500 €. |
Conclusion notée sur la fiche :
L’aspirateur robot, comme tout objet technique, a été conçu pour rendre un service en réponse à un besoin, dans un certain contexte qui génère des contraintes. Sa conception a également pris en compte les enjeux économiques et de développement durable, qui ont des impacts sur l’objet technique et vice-versa. Ces différents éléments peuvent être formalisés dans le cahier des charges de l’aspirateur robot.
Objet technique et cadre associé
Un objet technique est conçu pour rendre un service en réponse à un besoin, dans un cadre défini.
- L’objet technique interagit avec un utilisateur et/ou d’autres systèmes.
- Le contexte dans lequel l’objet est produit ou utilisé génère des contraintes auxquelles l’objet doit s’adapter.
- Ces contraintes peuvent être fonctionnelles, structurelles, sécuritaires, esthétiques, économiques, écologiques, réglementaires, etc.
- Les enjeux de développement durable et de compétitivité ont des impacts sur la conception du système et, inversement, l’objet technique peut avoir des impacts sur l’environnement et la société.
Le cahier des charges
Un cahier des charges est un document (textuel et graphique) qui permet de formaliser le besoin auquel un objet technique doit répondre et d’identifier les contraintes auxquelles il est soumis afin de définir la ou les solutions techniques adaptées.
Le cahier des charges peut prendre la forme d’exigences qualitatives (caractéristiques à avoir) et/ou quantitatives (chiffrées), avec des niveaux de performances à atteindre.
Exemples d’exigences d’un cahier des charges :
| Exigence générale | Exigence détaillée | Niveau de performance |
|---|---|---|
| Doit respecter l’environnement | Matériaux recyclés | 85 % |
| Doit respecter l’environnement | Faible consommation d’énergie | < 10 kW.h |
Interacteurs et contraintes
- La mission d’un système est la fonction principale réalisée par ce dernier. Elle a pour but de répondre au besoin initial.
- Les interacteurs sont les éléments qui agissent directement ou indirectement avec l’objet lors de son utilisation ou de son développement.
- Les contraintes sont l’ensemble des limites et des exigences imposées lors de la conception d’un objet ou d’un système technique. Elles peuvent être de plusieurs types.
Types de contraintes représentés :
- Fonctionnelles
- Techniques
- Économiques
- Environnementales
Activité 2 : Chaîne d’énergie
Comment le robot répond-il au besoin et aux contraintes identifiées ?
Pour nettoyer une pièce, le robot doit aspirer la saleté tout en se déplaçant. Il réalise ces sous-fonctions grâce à certains de ses composants qui constituent sa chaîne d’énergie.
Exigences fonctionnelles :
| ID | Exigence |
|---|---|
| 1.1.1 | Le robot doit aspirer la saleté sur le sol de toute la pièce en contournant les obstacles et en évitant le vide. |
| 1.1.2 | Le robot doit aspirer la saleté et la poussière. |
| 1.1.3 | Le robot doit se déplacer dans toute la pièce. |
| 1.1.4 | Le robot doit détecter les obstacles et le vide afin de les contourner. |
| 1.1.1 | Les composants du robot doivent être maintenus ensemble et protégés des chocs. |
Diagramme des exigences fonctionnelles de l’aspirateur robot — composants indiqués :
- Bloc nettoyage
- Ensemble roue gauche
- Roue gauche
- Ensemble roue droite
- Chaîne d’information
- Bloc carters
- Pare-choc
Chaîne d’énergie de l’aspirateur robot
La chaîne d’énergie de l’aspirateur robot comprend :
- Une batterie qui fournit l’énergie et que l’on peut recharger.
- Une carte électronique et des câbles internes qui distribuent l’énergie de la batterie.
- Des moteurs qui convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique.
- Des mécanismes d’engrenages, de poulies et de courroies qui transmettent l’énergie mécanique vers les roues, la turbine et les brosses.
Diagramme des blocs internes de la chaîne d’énergie :
| Fonction | Composants |
|---|---|
| Alimenter / stocker | Batterie |
| Distribuer | Câblage interne |
| Convertir | Moteur nettoyage |
| Convertir | Moteur gauche |
| Convertir | Moteur droite |
| Transmettre | Roues dentées et pignons |
| Transmettre | Poulie et courroie gauche |
| Transmettre | Train épicycloïdal gauche |
| Transmettre | Poulie et courroie droite |
| Transmettre | Train épicycloïdal droite |
| Agir | Turbine |
| Agir | Roue gauche |
| Agir | Roue droite |
Légende : énergie électrique ; énergie mécanique.
Chaîne d’énergie : fonctions générales
La chaîne d’énergie d’un objet technique est un ensemble de blocs fonctionnels qui permet de réaliser des actions à partir des flux d’énergie qui entrent dans l’objet.
| Fonction | Rôle | Exemples |
|---|---|---|
| Alimenter | Fournir l’énergie nécessaire à l’objet pour réaliser l’action recherchée | Batterie, secteur |
| Distribuer | Répartir l’énergie nécessaire dans l’objet | Câble, relais |
| Convertir | Transformer l’énergie reçue en une autre forme d’énergie utilisable pour réaliser l’action recherchée | Moteur, filament |
| Transmettre | Transporter l’énergie utile dans l’objet, parfois en l’adaptant | Engrenage, courroie |
Activité 3 : Chaîne d’information
Comment le robot réagit-il aux obstacles et au vide ?
Lorsqu’il se déplace, l’aspirateur robot doit tenir compte des obstacles et du vide pour adapter sa trajectoire. Il réalise ces sous-fonctions grâce à certains de ses composants qui constituent sa chaîne d’information.
Diagramme 6 — Diagramme des blocs internes de la chaîne d’information de l’aspirateur robot
| Fonction | Composants ou éléments | Informations / signaux |
|---|---|---|
| Acquérir | Interrupteur | Information marche/arrêt |
| Acquérir | Boutons | Information programme |
| Acquérir | Télécommande et capteur infrarouge | Signal infrarouge, information télécommande |
| Acquérir | Capteur | Obstacle/vide, information capteur |
| Traiter | Carte électronique | Informations traitées |
| Communiquer | Buzzer | Information son |
| Communiquer | Voyants lumineux | Information affichage |
| Communiquer | Chaîne d’énergie | Ordre |
La chaîne d’information de l’aspirateur robot comprend :
- Des composants qui permettent d’acquérir les consignes données par l’utilisateur : interrupteurs, boutons, télécommande.
- Des capteurs qui permettent d’acquérir des informations de l’environnement extérieur au robot.
- Des cartes électroniques qui permettent de traiter l’information acquise pour donner des ordres à la chaîne d’énergie.
- Des composants qui permettent de communiquer des informations à l’utilisateur : voyants lumineux, buzzer.
Chaîne d’information : fonctions générales
La chaîne d’information d’un objet technique est un ensemble de blocs fonctionnels qui capte et traite des flux d’information qui entrent dans l’objet, puis les communique à la chaîne d’énergie ou à l’utilisateur de l’objet.
| Fonction | Rôle | Exemples |
|---|---|---|
| Acquérir | Prélever des informations issues de l’environnement extérieur ou de l’utilisateur de l’objet | Capteur, bouton |
| Traiter | Exploiter les informations acquises pour rendre le service | Carte électronique |
| Communiquer | Transmettre les informations traitées à la chaîne d’énergie et/ou à l’utilisateur de l’objet | Cordon, LED |
Les informations extérieures et les consignes entrent dans le système. Elles sont acquises, traitées, puis communiquées sous forme de signaux pour l’utilisateur ou d’ordres pour la chaîne d’énergie.
Structure d’un objet technique
Pour rendre un service, un objet technique a besoin d’une chaîne d’énergie et d’une chaîne d’information.
Des flux d’énergie et d’information entrent dans l’objet et cheminent à travers ces deux chaînes pour que l’objet puisse réaliser sa ou ses fonctions. L’objet technique comprend également des éléments de structure et d’enveloppe qui maintiennent et protègent l’objet.
Fiche de connaissances — Cahier des charges, chaîne d’énergie et chaîne d’information
Informations de la fiche
- Cycle 4 — Technologie
- Thème 1 : OST — Les objets et les systèmes techniques : leurs usages et leurs interactions à découvrir et à analyser
- Thématique : T3 — L’OST dans son environnement
- Attendu de fin de cycle : OST2 — Décrire les interactions entre un objet ou un système technique, son environnement et les utilisateurs
- Compétence détaillée : OST21 — Décrire l’expérience de l’utilisateur d’un OST à l’aide de modes de représentation choisis
Structure et fonctionnement d’un objet technique
Un objet technique possède une chaîne d’énergie, une chaîne d’information, ainsi que des éléments de structure et d’enveloppe.
Chaîne d’énergie
La chaîne d’énergie d’un objet technique est un ensemble de blocs fonctionnels qui permet de réaliser des actions à partir des flux d’énergie qui entrent dans l’objet.
Fonctions représentées :
Énergie d’entrée → Alimenter → Distribuer → Convertir → Transmettre → Énergie de sortie pour rendre le service
- Alimenter : fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’objet technique.
- Exemples : connexion au réseau, pile non rechargeable, batterie, panneaux solaires.
- Distribuer / Moduler : distribuer ou pas l’énergie dans l’objet technique.
- Exemples : interrupteur, relais.
- Convertir : convertir l’énergie sous une autre forme en fonction de l’action à réaliser.
- Exemples : résistance chauffante, moteur électrique, lampe.
- Transmettre : délivrer l’énergie finale permettant de réaliser l’action souhaitée.
- Exemples : pignon-crémaillère, engrenages, corps du radiateur, réflecteur.
- Agir : réaliser l’action sur la matière d’œuvre.
Chaîne d’information
La chaîne d’information d’un objet technique est un ensemble de blocs fonctionnels qui capte et traite des flux d’information qui entrent dans l’objet, puis les communique à la chaîne d’énergie ou à l’utilisateur.
Informations extérieures / consignes → Acquérir → Traiter → Communiquer → Signaux pour l’utilisateur et/ou ordres pour la chaîne d’énergie
- Acquérir : prélever des informations issues de l’environnement extérieur ou de l’utilisateur.
- Exemples : capteur, bouton.
- Traiter : exploiter les informations acquises pour rendre le service.
- Exemple : carte électronique.
- Communiquer : transmettre les informations traitées à la chaîne d’énergie et/ou à l’utilisateur.
- Exemples : cordon, LED.
Une information peut être logique, numérique ou analogique. Une information analogique peut avoir une plage de valeurs ; une information logique ne peut avoir que deux valeurs.
Interface Homme/Machine
Une IHM (Interface Homme/Machine) est l’ensemble des éléments qui permettent à l’utilisateur de communiquer avec le système.
Microcontrôleur
La carte électronique, aussi appelée microcontrôleur, exécute le programme, reçoit les signaux des capteurs, traite et envoie les ordres aux composants du système.