Conception d'un effecteur de verrouillage

Définir

Le Canadarm3 sera la contribution du Canada au projet de la station spatiale lunaire Gateway de la NASA, qui permettra l'exploration habitée durable de la Lune. Ce système robotisé utilisera des logiciels de pointe pour fonctionner en orbite lunaire sans intervention humaine, en toute autonomie. Dans le domaine de la robotique, les effecteurs de verrouillage sont les dispositifs situés à l'extrémité d'un bras robotisé. Ils contribuent au bon fonctionnement du bras et lui permettent d'interagir avec son environnement. Comme le Canadarm3 aura plusieurs fonctions, ses effecteurs de verrouillage sont très importants : les ingénieurs devront s'assurer que leur conception est parfaite pour garantir le succès des missions.

Le Canadarm3 sera fait de trois parties distinctes : un grand bras, un petit bras agile et une boite à outils et à unités remplaçables sur orbite. Ensemble, ces parties serviront à :

• assurer l'inspection, la maintenance et les réparations de la station Gateway;
• attraper les vaisseaux spatiaux qui arrivent à la station Gateway;
• déplacer les modules de la station Gateway;
• aider les astronautes pendant les sorties dans l'espace;
• réaliser des travaux scientifiques en orbite lunaire et sur la Lune.

Identifier

Le Canadarm3 fonctionnera dans l'espace, un milieu unique et hostile, alors quelles sont les contraintes dont vous devriez tenir compte dans la conception de votre effecteur de verrouillage?

Matériel suggéré

•  Crayons à mine ou de couleur.
•  Divers bâtonnets de bois, crayons, pailles, ou branches ou brindilles droites.
•  Carton, papier construction ou boite de céréales vide.
•  Perles (facultatif; vous pouvez aussi fabriquer vos propres perles en papier).
•  Attaches (élastiques, pince-feuilles, attaches parisiennes, cure-pipes, ficelle, ruban adhésif, colle).
•  Ciseaux ou couteau utilitaire.
•  Pailles ou tubes faits de papier recyclé enroulé, au besoin.
•  Pistolet à colle chaude (facultatif).
•  Papier quadrillé ou papier ordinaire.
•  Tous les matériaux de récupération que vous avez sous la main, p. ex. bouteilles en plastique, boites d'œufs, pailles (ou tubes faits de papier recyclé enroulé), bâtonnets de bois, brindilles, pierres.
•  Peinture de diverses couleurs, papier de couleur, crayons de couleur, crayons à mine, marqueurs, papier d'aluminium ou tout autre matériel disponible pour donner fière allure à votre effecteur de verrouillage!
•  Blocs Lego, blocs K'NEX, blocs KEVA (facultatif).

Faire un remue-méninges

Quelles tâches précises devront être exécutées par le Canadarm3 à la station Gateway? Quels types d'outils les bras robotisés devront-ils utiliser en les tenant avec des effecteurs de verrouillage? Comment les bras robotisés déplaceront-ils les astronautes? Comment attraperont-ils les vaisseaux spatiaux pour les arrimer à la station Gateway? Quels types et formes de poignées auront les outils de la station et comment les effecteurs de verrouillage agripperont-ils des charges utiles de poids et de taille différents?

Sélectionner

Après avoir fait un remue-méninges et échangé des idées avec les autres, choisissez votre idée préférée et faites un croquis de votre conception avant d'essayer de la réaliser. De quels matériaux disposez-vous? Comment les utiliserez-vous? Quelles contraintes ajouteront-ils à votre conception?

Faire un prototype

1. Rassemblez une variété de matériaux de construction et d'outils.
2. Faites un croquis de votre conception sur papier et identifiez les caractéristiques importantes. Assurez-vous d'indiquer des mesures précises de vos différentes pièces (cm et mm).
3. Demandez l'avis des autres sur vos idées et votre conception.
4. Construisez un modèle de votre prototype avec les matériaux disponibles.
5. Ajoutez des étiquettes à votre conception, au besoin.

Tester

• Votre effecteur de verrouillage permet-il d'accomplir efficacement diverses tâches?
• Votre effecteur de verrouillage vous permet-il d'agripper un objet?

Revoir

• Comment pourriez-vous améliorer votre conception? Y a-t-il des éléments que vous pouvez ajouter ou enlever pour la rendre plus efficace?
• Devez-vous changer quelque chose pour augmenter l'amplitude des mouvements ou empoigner plus fermement certains types d'objets?
• Comment pourriez-vous la construire avec moins de matériaux ou des matériaux différents?
• Quelles modifications apporteriez-vous à la structure pour améliorer le fonctionnement de votre effecteur de verrouillage?

Communiquer

• Quelles sont les principales caractéristiques de votre effecteur de verrouillage? Est-ce que vous êtes fier d'un aspect en particulier?
• Montrez-nous votre projet ou demandez à un adulte de publier une photo dans les médias sociaux et de mentionner l'ASC. On ne sait jamais, un véritable astronaute pourrait voir votre création!

Approfondir

• Pouvez-vous ajouter ou enlever des éléments à votre effecteur de verrouillage pour améliorer son efficacité?
• Essayez d'utiliser des circuits de papier pour ajouter des lumières à votre effecteur de verrouillage.
• Utilisez des servomoteurs et un microcontrôleur pour actionner votre effecteur de verrouillage.
• Concevez des composants dans votre logiciel de modélisation 3D préféré et imprimez en 3D des pièces personnalisées.
• Utilisez des servomoteurs, des capteurs et un microcontrôleur pour automatiser votre effecteur de verrouillage.
• Intégrez de la programmation avec Scratch ou Makey Makey pour rendre votre effecteur de verrouillage interactif.
• Intégrez des mécanismes pour commander votre effecteur de verrouillage.

Liens avec le programme pédagogique

• Raisonnement technique, processus de conception technique
• Pensée critique, résolution de problèmes, communication et collaboration
• Sciences :
  • Mécanismes simples
  • Espace
• Santé :
  • Dextérité, muscles et mouvements du corps
• Mathématiques :
  • Mesures
• Technologie :
  • Robotique

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