AR DroneSystème didactique pour la

STI2D

M HallaisLycée Pomare IV

1. Présentation du système◦ Matériel◦ Logiciels◦ Documentation

2. Mise en œuvre et utilisation◦ App DMS◦ Drones

3. Exploitation pédagogique◦ Champs d’application STI2D◦ Activités◦ Projets

Sommaire

Fournit par DMS :◦ DRONE commercial et sur châssis◦ IPAD◦ Balance & masse◦ Base métallique avec filin de sécurité ◦ Kit de réparation◦ Clefs wifi◦ Batteries & chargeurs

Matériel supplémentaire :◦ Oscilloscope◦ Alimentation 12 V◦ Multimètre◦ Tachymètre

1.Présentation du système : Matériel

1.Présentation du système : DMS

Drone commercial◦ Carène intérieur & extérieur◦ Temps de recharge : 1h30◦ Temps d’utilisation en vol : 10 ~12 min

Maquette didactique◦ Alimentation 12 V◦ Mesure des tensions des capteurs US◦ Mesure des tensions moteur

1.Présentation du système : Drones

Utilisation◦ Applications DMS (7 apps)◦ Applications STI2D élève◦ Applications STI2D Prof

Avantages◦ Produit innovant à porté des élèves◦ Nombre important d’applications développées et gratuites

Inconvénients◦ Peu modulable◦ Système fermé au développement sur mac…◦ ‘‘Transportable…’’

1.Présentation du système : Ipad

DMS◦ Suite de 7 applications pour IPAD couvrant

l’ensemble des activités◦ CD live UBUNTU acquisition des données de vol◦ Tableur ‘calcul du potentiel recyclable’◦ Edrawing◦ vlc

1.Présentation du système : Logiciels fournis

Logiciels nécessaires :◦ Wireshark◦ Solidworks-edrawing◦ Topcased

Logiciels utiles◦ Applications iOS : AR free flight, drone ace…◦ Applications Androïd : AR free flight, drone ace…◦ API-SDK◦ Logiciels tiers de pilotage par PC (Win & Linux) ou interfaces

diverses (wiimote, kinect…) Logiciels pratiques

◦ Suite IRAI◦ SinusPhy◦ Matlab◦ Labview

1.Présentation du système : Logiciels

Dossier technique AR DRONE Modélisation 3D solidworks Modélisation SysML Guide utilisateur Developers’ guide Vidéos

1.Présentation du système : Documents ressources

Installation et utilisation des App DMS◦ Création d’un compte itunes store◦ Téléchargement des app◦ Activation des app ◦ MAJ

Drones◦ Chargement des batteries / Alimentation 12V◦ Connexion à 3 hôtes max◦ Espace dégagé◦ Utilisation adaptée de la maquette◦ Arrêt d’urgence

2.Mise en œuvre du système

Drone commercial◦ Deux carènes◦ Filin & base◦ Batterie/chargeur◦ Hélices de rechange

Drone didactique◦ Alimentation◦ Configuration sur le

châssis◦ Instrumentation

2.Utilisation du système : Drones

Applications DMS :◦ Piloter le drone◦ Sustenter le drone◦ Orienter le drone◦ Transformation

d'énergie◦ Se connecter◦ Analyser◦ Commander le drone

2.Utilisation du système : App

Piloter le drone

Cette application a pour objectif de permettre aux élèves et aux professeurs de prendre en main le drone.

On pilote le drone à l’aide de commandes sur le trackpad.

On visualise l’état des paramètres simplement.

Les flux vidéos sont affichés en temps réel.

Piloter le drone

Sustenter le drone

L’application permet de contrôler la puissance envoyée au moteur N° 2.

Le moteur est repéré par son numéro et symbolisé par une couleur.

La commande envoyée est donnée par unités arbitraires discrète.

Sustenter le drone

Orienter le drone

L’application propose de contrôler : ◦ chaque moteur un à un, ◦ les couples de moteurs opposés

Cela permettra de déterminer l'influence des vitesses de rotation des moteurs sur l'orientation du drone (dans le plan horizontal)

Orienter le drone

Transformation d'énergie

L’application propose une interface permettant de contrôler la commande de puissance envoyée au moteur N° 1 afin de◦ Caractériser le fonctionnement du moteur◦ Déterminer la consommation énergétique qui en

découle

Transformation d'énergie

Se connecter

Cette application permet une interface simple pour vérifier que la communication entre la Station-Sol et l'AR.Drone est possible par l'envoi de messages ICMP (ping).

L'application permet aussi d'étudier le protocole de résolution d'adresses ARP et d'aborder les notions d'adresses physiques et logiques.

Se connecter

Analyser

Analyser

La première interface propose une vision du modèle OSI.

La deuxième interface permet d'illustrer les mécanismes d'encapsulation et d'analyser finement les paquets de données.

Les captures peuvent être exportées au format texte et publiées sur le serveur web embarqué de l'iPad.

La consultation en ligne et le téléchargement peut se faire depuis n'importe quel PC.

Analyser

Créer les commandes AT et les envoyer au drone.

L’enchaînement des commandes est agencé sur une timeline.

L'application permet de visualiser en temps réel les échanges entre l'organe de commande et le drone.

Les commandes peuvent être exportées au format texte afin d'être publiées sur le serveur web embarqué de l'iPad.

Commander le drone

CD LIVE UBUNTU

Activités en STI2D◦ ETC : 9◦ SIN : 3 ◦ ITEC : 1

Activité en SSI : 6

3.Exploitations pédagogiques : Répartition des activités

3.Exploitations pédagogiques : Champs d’application

Activité CI Matériel APP1. Appropriation Innovation/LVE - Piloter2. Sustenter le drone PFS/Modèle de

comportementTachymètre-

balance-masse

Sustenter

3. Orienter le drone PFS/Validation de comportement

- Sustenter- Orienter

4. Maintenance du drone Conception/Liaisons - SW5. Transformation d’énergie Transformation/

EnergieTachymètre-

OscilloEnergie

6. Connaître l’altitude du drone Information/Capteur Oscillo -7. Connecter le drone & analyser la communication

Communication/Réseaux

- Connecter - Analyser

8. Performance énergétique Transformation/ Stockage

Oscillo-Tachymètre-

balance-masse

Energie

9. Recyclabilité & Eco-conception

2D/Conception xcl

Activité Durée Connaissances Compétences1. Appropriation 2-3h - CO6.1-2-32. Sustenter le drone 2-3h 2.3.3 CO5.1-2-3

CO6.33. Orienter le drone 2-3h 2.3.3 CO5.3-CO6.34. Maintenance du drone 2h 3.1.2 CO2.2-CO6.35. Transformation d’énergie 4-5h 2.1.1 - 3.2.1 CO4.1-2-4

CO6.36. Connaître l’altitude du drone 2h 3.2.3 CO4.4-CO6.27. Se connecter au drone & analyser la communication

4-5h 3.1.4 - 3.2.4 CO4.1-2CO6.2

8. Performance énergétique 5-6h 3.2.1 - 3.2.2 CO4.4-6.39. Recyclabilité & Eco-conception

2h 1.2.1 - 1.2.3 CO1.1-CO2.2CO6.3

TOTAL 25-31 h

3.Exploitations pédagogiques : Champs d’application des activités ETC

Activité Connaissances CompétencesSIN

1. Spécification du cdc 1.3 CO7.2-32. Piloter par commandes 1.2-3 - 1.3

2.2CO9.2

3. Etude de chaîne vidéo 1.3 - 2.1-2 CO7.3- CO9.2-4

ITEC1. Modifier le pied du drone 1.2 – 1.3 CO 1.5 – CO1.6

– CO 1.72.1 CO 3.5 – CO 3.6

3.1 – 3.2

3.Exploitations pédagogiques : Champs d’application des activités ETS

Organisation générale des documents d’activité :

◦ 1 Présentation de l’activité◦ 1 Doc élève◦ 1 Doc corrigé◦ 1 Fiche de synthèse

Les documents sont sous format .pdf, .doc et .odt.

3.Exploitations pédagogiques : Activités DMS

Act1 : ◦ vocabulaire anglais.◦ Diaporama en anglais

décrivant le principe de sustentation.

Act 2 : ◦ Compréhension à partir

d'une vidéo◦ La nomenclature à

compléter Act3 :

◦ Mise en service de l'AR Drone.

Activité 1 : Appropriation

Découverte d’un principe Découverte du système Présentation orale

Coordonner avec le professeur de lv1 Oral pour certains (pendant les heures de

ETT LVE) Mise en route par l’enseignant puis par un

groupe d’élèves

Activité 1 : Appropriation

Act 1 : Bilan de AM verticales

Act 2 : Mise en route Act 3 : Mise en

évidence des AM de l’hélice

Act 4 : Bilan de AM horizontales

Activité 2-Partie 1: Sustentation

Act 1 : Validation des hypothèses simplificatrices.

Act 2 : Mise en route Act 3 :Fpoussée=f( Vm) Act 4 : Vérification sur

l'objet réel Act 5 : Modèle de

comportement Act 6 : AM-pilotage

Activité 2-Partie 2: Sustentation

Principe d’action / réaction Associer la conséquence cinématique à

l'action mécanique Problème spatial->Problème plan Définir et caractériser clairement des AM Bilan des AM PFS scalaire et vectoriel

Activité 2 : Sustentation

Même démarche que pour l’activité 2 (Sustenter) ◦ Bilan des moments◦ Bilan des forces◦ Comparaison des

mouvements de translation et de rotation

Activité 3 Partie 1 & 2 : Orienter

Act 1 : Sysml Diag CU Act 2 : Procédure de

démontage Act3 : Analyse &

caractérisation de liaisons Act 4 : Compromis éco-

conception

Activité 4 : Maintenance du drone

Act 1 : Découverte du vocabulaire associé à la motorisation (brushless, Mcc etc.)

Act 2 : Principe de fonctionnement d'un moteur brushless

Act 3 : Commutation du courant dans les phases U,V,W

Act 4 : Caractérisation du moteur de l'AR Drone; observation des signaux

Act 5 : Caractérisation de l'engrenage Act 6 : Caractérisation de la chaîne d'énergie :

(bdd et ibd)

Activité 5 : Transformation d’énergie

Activité complète, mais longue et difficile Expérimentation difficile à mettre en œuvre

en fin de séance.

Activité 5:Transformation d’énergie

Act1 : Caractériser les signaux émis et reçus.

Act 2 : Déterminer les paramètres influents sur le signal reçu (hauteur, nature des matériaux).

Act 3 : Conclure sur la relation entre le paramètre mesurable le paramètre désiré.

Activité 6 : Altitude drone

Caractérisation des signaux

Analyse du changement des caractéristiques du signal reçu par modification de paramètres.

Interprétation de l'écart entre le signal émis et celui reçu.

Activité 6 : Altitude drone

Act 1 :◦ Identifier le réseau◦ Configurer la liaison Wi-Fi◦ Caractériser une adresse logique et son mode

d'affectation◦ Tester la connectivité◦ Associer l'adressage logique à une couche du modèle OSI

Act 2 :◦ Relever et interpréter les informations contenues dans la

table ARP◦ Caractériser une adresse physique◦ Associer l'adressage physique à une couche du modèle

OSI et faire le lien avec l'adressage logique

Activité 7 : se connecter avec l’AR drone

Introduction générale à la notion d’adressage

Analyse du modèle de communication

Activité 7 : Se connecter

Act 1 : Étude de la couche Application◦ Identifier les cas d'utilisation◦ Identifier les données de navigation sur l'app

Piloter ◦ Identifier et caractériser le protocole de transport

des données de navigation.◦ Caractériser les communications en terme de

débit.◦ Capturer et décoder quelques données de

navigation

Activité 7 : Analyser la connexion

Act 2 : Étude des couches réseau et de l'encapsulation des données◦ Capturer et décoder les entêtes de la couche Transport◦ Capturer et décoder les entêtes de la couche Réseau◦ Capturer et décoder les entêtes de la couche Liaison

de données◦ Caractériser les communications en terme de bande◦ passante.◦ Identifier les informations caractéristiques à chaque

couche du modèle OSI à partir des captures réalisées.

Activité 7 : Analyser la connexion

Activité 7 : Analyser la connexion Activité complète, mais longue et difficile Partie 2 de l’activité effectuée en spécialité

SIN

Act 1 : Découverte des caractéristiques génériques des UAV

Act 2 : Analyse de la motorisation équipant l'AR-Drone

Act3 : Analyse de la 1ère motorisation envisagée

Act 4 :Comparaison des 2 motorisations – performances énergétique et choix

Act 5 : Caractérisation des technologies de stockage d'énergie (pour système embarqué),

Activité 8 : Stockage d’énergie

Act 1 : Décrire les étapes du cycle de vie Act 2 : Évaluation de la solution existante Act 3 : Enjeux environnementaux Act 4 : Décomposition massique simplifiée Act 5 : Calcul d'un potentiel de recyclabilité

Activité 9 : Eco-conception

Activité faisable en début d’année Introduction à la conception du drone Utilisation d’outil logiciel simple

Activité 9 : Eco-conception

Exercices d’application Exo type bac analyse complète de syst Projets

Possibilités pédagogiques :Activités en cours d’élaboration

Avantages : ◦ Innovant◦ Etude complète par activité◦ Largement utilisé au niveau national◦ Adapté à différentes plateformes◦ Simple à modéliser◦ Support de thème de projet

Précautions :◦ Alimentation◦ Fourniture de matériel (production)◦ Instrumentation

Bilan

Projets : ITEC

◦ Modification du pied◦ Modification de la carène◦ Dock de rechargement

SIN◦ Modification du type de pilotage◦ Modification ou Ajout de camera◦ Enregistrement SDCard-serveur

EE◦ Modification stockage d’énergie ◦ Modification du type d’alimentation◦ Modification du type de recharge

ALLER PLUS LOIN

AR Drone 2.0 : Evolution/Comparaison◦ Matériaux (éco conception)◦ Mode de pilotage (flip+ref relative)

Modélisation-Simulation :◦ SinusPhy◦ IRAI (commande)◦ Labview

Réalité augmentée Traitement d’image-Suivi d’une cible

ALLER PLUS LOIN

MERCIDE VOTRE

ATTENTION