Ce tutoriel décrit la réalisation d’un bras robot en carton réalisable en 2 heures avec des enfants dès 8 ans. L’intérêt pédagogique est d’introduire le principe du piston, faire découvrir la compressibilité de l’air et l’incompressibilité des liquides, la notion de pression, etc.
Le bras se déploie et la pince permet la préhension de petits objets. Il nous a semblé intéressant de proposer ce tutoriel inspiré de la vidéo suivante https://www.youtube.com/watch?v=P2r9U4wkjcc&t=20s, afin d’optimiser certaines étapes et rendre accessible cette réalisation à des enfants sur la durée d’un atelier.
Matériaux
6 x seringues de 10 ml
Du carton ou mieux encore du panneau alvéolaire plastique de récupération qui ne craint pas l’eau… (panneau de chantier par exemple)
3 x pics à brochettes en bois ou de grosses allumettes / cures dents pour les axes
2 x trombones
10 x petits colliers rislan pour fixer les seringues aux axes
1 mètre de tuyau souple à couper en 3
un vieux carreau de faïence pour supporter le bras
un verre d’eau pour le remplissage des seringues
Matériel
De la colle (pistocolle) principalement pour solidariser le bras au socle et à la base du robot.
Une perceuse
Cutter/ciseaux
Pince coupante (pour les pics à brochettes)
Etape 1 : Découpage des modèles de la structure du bras robot
Imprimez sur une feuille A4 le document suivant qui contient le modèle de chacune des pièces.
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reportez le contour de ces formes sur le carton puis découpez-les.
Etape 2 : perçage des axes de rotation et support des vérins seringues
Les points noirs indiquent les perçages à effectuer, pour les enfants nous recommandons un pré-perçage plutôt que de passer en force avec la pointe du pic à brochette.
Percer en une fois les pièces en double de manière à avoir un alignement parfait des axes.
Utilisez encore une fois le modèle papier et percer sur chaque point. A la visseuse électrique ou perceuse à main. C’est la dernière fois que les découpages papier servent, s’ils sont abîmés par le perçage ce n’est donc pas grave.
Etape 3 : Assemblage des pièces
Commencez par coller sur la base, les 2 montants en trapèze afin d’obtenir l’écartement, en fonction du diamètre de vos seringues vous pouvez coller sur le dessus ou latéralement.
Ensuite enchaînez sur les bras, le plus court en premier puis le plus long avec la découpe pour recevoir le support de pince. Collez enfin le support de pince en le centrant et enfin ajoutez les 2 pinces.
Ne collez pas et ne coupez pas trop court les pics à brochette afin de pouvoir facilement les retirer. Ce sera nécessaire pour faciliter la mise en place des seringues et éventuellement corriger les raccordements en cas d’erreur.
Etape 4 : raccordement des vérins seringues à la structure
Pour les 3 seringues à monter sur le bras robot, coupez en les extrémités et percez le piston à sa base de manière à avoir un passage d’axe au diamètre des pics.
Positionnez les 3 seringues sur leur axe comme sur les photos et utilisez des colliers rilsans pour bloquer la seringue au plus près de son embout et la solidariser à un axe. Attention à ne pas trop écraser le corps sinon le piston de la seringue risque de forcer. Un point de colle à chaud peut être ajouté pour solidariser le collier rilsan.
Pour la pince, dépliez les 2 trombones et raccordez l’embout percé à chacune des pinces.
Lorsque la seringue est en position rentrée la pince doit être fermée.
Etape 5 : Mise en pression / test à vide / ajout du fluide…
Enfin avec les 3 vérins du bras rentrés, connectez les 3 autres seringues en position ouverte, munies de leur tuyau à chacune des seringues du bras.
Faites un premier test de fonctionnement avec de l’air, cela permettra de valider le fonctionnement avant de couper à ras les pics à brochette. Vous pouvez éventuellement vous arrêtez à cette étape si le lieu de travail est incompatible avec la projection de liquide :-).
Vous pouvez ensuite procéder au remplissage avec de l’eau de chacun des couples tuyau/seringue. Attention, à ne pas laisser d’air, le plus simple est de remplir la seringue, puis la positionner en position verticale afin que l’air se situe sur la partie haute, puis repousser toute l’eau et l’air, puis recommencez cette opération et reconnectez les tuyaux au bras.
Enfin coller le bras sur une planche ou un carreau de faïence un peu lourd afin de stabiliser le bras robot (nous avons recyclé du carrelage de paillasse de chimie).
Les enfants pourront constater le gain d’efficacité lorsque l’air aura été remplacé par un liquide… remarquez au passage qu’on aborde là une peu de mécanique des fluides 🙂
Voilà votre bras est opérationnel ! Entraînez-vous à saisir de petits objets. Un colorant alimentaire (éviter le sirop qui est collant) peut être ajouté à l’eau pour différencier chaque axe et sa commande.
Bon amusement !
En vidéo l’atelier du 13 Mai 2017 et les photos ici