Chad Rose demonstriert Studenten im Grundstudium die haptische Paddelbedienung.
Mit den richtigen Werkzeugen kann praktisches Lernen der beste Weg sein, den Schülern zu helfen, den vorgegebenen Lehrplan zu verstehen, insbesondere in technischen Bereichen. Seit seiner Entwicklung im Jahr 2006 ist das haptische Paddel zu einem festen Bestandteil des Kurses Modeling Dynamic Systems der Rice University geworden, der von Dr. Marcia O'Malley unterrichtet wird. Das haptische Paddel ist ein einfaches Gerät mit einem Freiheitsgrad und einem beweglichen Griff, der hin und her gedreht werden kann. Magnetsensoren können die Position des Griffs in Echtzeit verfolgen. Die Unterseite des Geräts hat einen Gleichstrommotor mit einem Reibungsantrieb, der die Basis des Griffs berührt. Maschinenbaustudenten im dritten Studienjahr verwenden das haptische Paddel im Labor, um mit tatsächlichen dynamischen Systemen zu experimentieren, um ihr Verständnis des in ihren Vorlesungen vorgestellten Materials zu festigen und zu erweitern.
Die haptischen Paddle-Versionen von 2006, 2012 und 2014.
Der gesamte Laborteil des Kurses Modellierung dynamischer Systeme, der von Doktoranden unterrichtet wird, ist um das haptische Paddel herum strukturiert. Die erste Übung führt die Schüler in das Gerät ein und lässt sie die Trägheit des Paddels und die Drehmomentkonstante des Motors basierend auf ihren experimentellen Daten berechnen. Spätere Übungen umfassen die Einführung von Operationsverstärkern, die Analyse von Sprungantworten erster und zweiter Ordnung und die Bestimmung der Motordämpfung. Das Labor baut sich bis zur letzten Übung auf, in der die Studenten eine Teleoperation mit zwei der miteinander verbundenen Systeme durchführen.
Die Wirksamkeit des Paddels als Lernwerkzeug geht sogar über den Lehrplan des Kurses hinaus; Studenten verwenden es in verschiedenen Outreach-Programmen, die K-12-Studenten mit unterschiedlichem Hintergrund in Robotik und Ingenieurwesen im Allgemeinen einbeziehen sollen. Darüber hinaus demonstrierten Dr. O'Malley und ihre Studenten Chad Rose und James French das Gerät in einer Präsentation von National Instruments. Während das Gerät auf den ersten Blick einfach erscheinen mag, scheint seine Fähigkeit, die Ausbildung von Schülern zu bereichern, grenzenlos zu sein.
Das Kugel- und Balkenmodul, das an der Paddelbasis befestigt ist.
Die Rice University hat seit ihrem Debüt mehrere Iterationen des Paddels gesehen. Doktorand Chad Rose nahm zuerst Kontakt auf ADVANCED Motion Controls im September 2015. Er und sein Kollege Craig McDonald arbeiteten mit Dr. O'Malley zusammen, um die Motorsteuerung des Paddels zu vereinfachen, sodass sich die Studenten nicht mit der Modellierung der elektrischen Dynamik des Motors befassen müssten. Dafür brauchten sie einen Servoantrieb mit Stromregelung. AMC stellte dem Team ein vergünstigtes 12A8M-Laufwerk und zwei kostenlose 10A8-Laufwerke zur Verfügung. Seitdem arbeiten Dr. O'Malley und Chad weiter am Haptic Paddle und wenden sich immer an AMC, wenn sie weitere Einheiten bauen oder das Labor erweitern möchten.
Die jüngste Neugestaltung des Paddels wurde von Dr. O'Malley, Chad und Nathan Bucki vorgenommen. Diese drei erstellten ein Kugel- und Balkenmodul für das Gerät, das die Analyse komplexerer mechanischer Systeme ermöglicht. Das Hinzufügen austauschbarer Module zur Paddelbasis eröffnet ein neues Reich an Möglichkeiten, auf die wir alle gespannt sind. Glücklicherweise gehen die brillanten Köpfe, die an dem haptischen Paddel arbeiten, davon aus, dass das Projekt noch viele Jahre andauern wird. Wir können es kaum erwarten zu sehen, was als nächstes kommt, aber bis dahin ziehen wir unseren Hut vor den talentierten Studenten und Professoren der Rice University, die diese wunderbare praktische Lernerfahrung verbessern.
Das Netzteil und der Verstärker AMC 12A8 mit dem haptischen Paddel.
„Das University Outreach Program von AMC hat uns Zugang zu Ressourcen verschafft, die die Steuerung von Gleichstrommotoren vereinfachen, sodass sich die Studenten auf das Erlernen grundlegender Dynamik- und Steuerungskonzepte konzentrieren können. Darüber hinaus konnten wir mit dem Sponsoring die Anzahl der Laborstationen erweitern, die praktische Zeit der Schüler mit den haptischen Paddles zu sehr geringen Kosten verlängern und über haptische Paddles verfügen, die wir für Demonstrationen bei Outreach-Veranstaltungen einsetzen können oder als Prototypen in anderen Kursen.“
– ChadRose
