Amélioration des performances du système

    Afin de rendre l’aspirateur autonome plus compétitif, on peut envisager au moins trois pistes d’évolution :

    • Pisten°1 : Améliorer la fonction d’aspiration : cela paraît impossible dans l’état actuel des technologies, pour un prix de revient constant.
    • Pisten°2 : Rendre les déplacements plus rapides : cela réduirait le temps d’aspiration (mais ce n’est pas une demande de l’utilisateur) et cela rendrait l’aspirateur plus coûteux à l’achat et en consommation d’énergie.
    • Pisten°3 : Travailler sur l’efficacité de la fonction de déplacement : en conservant les mêmes performances en termes de temps d’aspiration, simplifier les déplacements. Cela permettrait de rendre l’aspirateur moins gourmand en énergie, et donc plus respectueux de l’environnement.

    Afin d’optimiser la fonction de déplacement, on se propose de modifier :

    • La détection des obstacles, en utilisant des capteurs à ultrasons au lieu des capteurs de contact actuels. L’aspirateur sera ainsi capable de détecter les obstacles avant de les percuter. Il pourra donc anticiper sa trajectoire.
    • La stratégie d’évitement des obstacles, afin d’éviter les manœuvres de l’aspirateur autonome, qui gaspillent de l’énergie.

Détection des obstacles

    L’aspirateur actuel utilise un système de détection composé de deux capteurs à infrarouge (IR) activés par un pare-chocs. Cette technologie ne permet de détecter les obstacles qu’au moment où l’aspirateur les rencontre.

    Pour détecter les obstacles avant l’impact, il est nécessaire de recourir à une autre technologie. Les capteurs à ultrasons (US) permettent par exemple de détecter tout obstacle dans une zone précise, (schématisée ci-dessous).

    Les capteurs à ultrasons sont aussi appelés télémètres à ultrasons, car ils permettent de mesurer la distance qui les sépare de l’obstacle. La même technologie est utilisée pour les fabriquer les sonars (pour les bateaux de pêche, par exemple). Dans la nature, des mammifères comme le dauphin, ou la chauve-souris utilisent les ultrasons pour repérer leurs proies.

Remise en cause de la gestion des obstacles

    L’aspirateur autonome réagit d’une façon prédéfinie aux obstacles qu’il rencontre. Ce comportement est le résultat d’une interaction entre sa partie opérative (celle qui effectue les actions) et sa partie commande (celle qui choisit les actions à effectuer, en fonction des informations qu’elle récupère). En résumé, cet aspirateur a été programmé pour réagir de façon précise à des situations précises.

    Or si cet aspirateur a été programmé comme il l’a été, c’est parce que des personnes ont choisi de le faire ainsi. Il a donc fallu que ces personnes définissent une stratégie.

    De nombreux paramètres interviennent lorsqu’il s’agit de définir une stratégie, et il est parfois difficile de prévoir tous les cas de figure, ou toutes les conséquences d’un choix effectué lors de la genèse d’un produit.

    Nous allons ici nous intéresser à la stratégie que les concepteurs ont choisie pour éviter les obstacles.

    On constate que pour détecter un obstacle, l’aspirateur doit d’abord entrer en contact avec lui. Il s’arrête alors, puis recule, change de direction et reprend alors un mouvement « normal ».

    On peut s’interroger sur cette stratégie car :

    • seules les branches d’arrivée et de départ (flèches rouges) sont utiles pour l’utilisateur ;
    • les phases de changements d’orientations consomment de l’énergie (donc coûtent et génèrent de la pollution) ;
    • les phases de changements de directions consomment également du temps.

    Vous allez donc comparer la stratégie actuelle à une nouvelle stratégie, destinée à remédier à ces trois défauts.

Définition d’une nouvelle stratégie de déplacement

    Le principe utilisé ici est de supprimer les déplacements inutiles en anticipant les obstacles, ce qui implique de les détecter plus tôt, et ce qui a pour conséquence d’adopter une trajectoire courbe.

La stratégie actuelle : stratégie 1.

L’obstacle est détecté au point B.

L'aspirateur recule jusqu'au point C.

Au point C, un changement de direction s’effectue par rotation sur place.

La nouvelle stratégie : stratégie 2.

L’obstacle est détecté au point B.

Entre les points B et C, changements de trajectoire progressif.

L’aspirateur garde le même mouvement.

    Recherche 1 : Comparaison des deux stratégies.

    1.1 - Que peut-on dire de la distance totale parcourue entre les points A et B, pour chaque solution ? Quelle est la solution la plus économique de ce point de vue ?

    Le graphe ci-contre représente l’évolution de la vitesse de l’aspirateur (V en mètres par seconde : m/s) en fonction du temps (t en secondes : s). Dans les deux cas, la vitesse maximale de déplacement est la même.

    1.2 - D’après le graphe, laquelle des deux solutions vous semble être la plus rapide, comment l’expliquez-vous ?

    1.3 - A chaque variation de vitesse (lors d’une accélération ou d’une décélération, c’est-à-dire d’un freinage), la motorisation doit dépenser une énergie plus grande que pour effectuer le même mouvement à vitesse constante. Que pouvez-vous dire des deux stratégies étudiées, de ce point de vue ?

    1.4 - En conclusion, quelle semble être la stratégie de déplacement la plus économique ? Est-elle également la plus respectueuse de l’environnement ? Argumentez votre réponse.

    Recherche 2 : Programmation de la stratégie 1.

    Réaliser et tester à l'aide des micro robots, le programme pour la stratégie 1.

    Prendre en compte que la rotation doit s'effectuer à droite si l'obstacle est détecté par le capteur de gauche et que la rotation doit s'effectuer à gauche si l'obstacle est détecté par le capteur de droite.

    Recherche 3 : Programmation de la stratégie 2.

    Réaliser et tester le programme pour la stratégie 2.

    Recherche 4 : Amélioration de la stratégie 2.

    Combiner le programme de la recherche 3 avec celui de la recherche 2 pour que le robot effectue une marche arrière si l'évitement d'un obstacle avec la stratégie 2 n'est pas suffisante.