Université de Rice - Pagaie haptique

Chad Rose démontre le fonctionnement de la palette haptique à des étudiants de premier cycle.

Lorsqu'il est effectué avec les bons outils, l'apprentissage pratique peut être le meilleur moyen d'aider les étudiants à comprendre le programme d'études donné, en particulier dans les domaines de l'ingénierie. Depuis son développement en 2006, la pagaie haptique est devenue un élément essentiel du cours de modélisation des systèmes dynamiques de l'université Rice, enseigné par le Dr Marcia O'Malley. La pagaie haptique est un dispositif simple, à un degré de liberté, doté d'une poignée mobile qui peut être tournée d'avant en arrière. Des capteurs magnétiques peuvent suivre la position de la poignée en temps réel. La partie inférieure du dispositif est équipée d'un moteur à courant continu avec un entraînement par friction qui entre en contact avec la base de la poignée. Les étudiants en troisième année de génie mécanique utilisent la pagaie haptique en laboratoire pour expérimenter des systèmes dynamiques réels afin de renforcer et d'élargir leur compréhension du matériel présenté dans leurs cours.

Les versions de la pagaie haptique de 2006, 2012 et 2014.

Toute la partie laboratoire du cours de modélisation des systèmes dynamiques, enseigné par des étudiants diplômés, est structurée autour de la pagaie haptique. Le premier exercice présente le dispositif aux étudiants et leur demande de calculer l'inertie de la pagaie et la constante de couple du moteur sur la base de leurs données expérimentales. Les exercices suivants comprennent l'introduction des amplificateurs opérationnels, l'analyse des réponses en échelon du premier et du second ordre, et la détermination de l'amortissement du moteur. Le laboratoire se développe jusqu'à l'exercice final, où les élèves effectuent une téléopération avec deux des systèmes reliés ensemble.

L'efficacité de la pagaie en tant qu'outil d'apprentissage a même dépassé le cadre du cours ; les étudiants l'utilisent dans le cadre de divers programmes de sensibilisation destinés à intéresser des élèves de la maternelle à la 12e année de différents milieux à la robotique et à l'ingénierie en général. En outre, Mme O'Malley et ses étudiants, Chad Rose et James French, ont fait la démonstration du dispositif lors d'une présentation de National Instruments. Si le dispositif peut paraître simple à première vue, sa capacité à enrichir l'éducation des élèves semble illimitée.

Le module boule et poutre est fixé à la base de la pagaie.

L'université Rice a vu plusieurs itérations de la pagaie depuis ses débuts. L'étudiant diplômé Chad Rose a d'abord contacté ADVANCED Motion Controls en septembre 2015. Lui et son collègue Craig McDonald, étudiant diplômé, travaillaient avec le Dr O'Malley pour simplifier la commande du moteur de la pagaie, afin que les étudiants n'aient pas à se préoccuper de la modélisation de la dynamique électrique du moteur. Pour ce faire, ils avaient besoin d'un servomoteur avec contrôle du courant. AMC a fourni à l'équipe un variateur 12A8M à prix réduit et deux variateurs 10A8 gratuits. Depuis lors, le Dr O'Malley et Chad ont continué à travailler sur la pagaie haptique et contactent toujours AMC lorsqu'ils veulent construire d'autres unités ou agrandir le laboratoire.

La plus récente refonte de la pagaie a été entreprise par le Dr O'Malley, Chad et Nathan Bucki. Ces trois personnes ont créé un module à billes et à poutres pour l'appareil, ce qui permet d'analyser des systèmes mécaniques plus complexes. L'ajout de modules interchangeables à la base de la pagaie ouvre un nouveau champ de possibilités, que nous sommes impatients de découvrir. Heureusement, les brillants esprits qui travaillent sur la pagaie haptique s'attendent à ce que le projet se poursuive pendant de nombreuses années. Nous sommes impatients de voir la suite, mais d'ici là, nous tirons notre chapeau aux talentueux étudiants et professeurs de l'université Rice, qui ont enrichi cette merveilleuse expérience d'apprentissage pratique.

L'alimentation électrique et l'amplificateur AMC 12A8 avec la palette haptique.

"Le programme de sensibilisation universitaire d'AMC nous a donné accès à des ressources qui simplifient le contrôle des moteurs à courant continu, permettant aux étudiants de se concentrer sur l'apprentissage des concepts de base de la dynamique et du contrôle. De plus, grâce au parrainage, nous avons pu augmenter le nombre de stations de laboratoire, afin d'accroître le temps passé par les étudiants à manipuler les palettes haptiques à un coût très faible, et nous disposons de palettes haptiques que nous pouvons déployer pour des démonstrations lors d'événements de sensibilisation ou comme prototypes dans d'autres cours."
- Chad Rose

 

 

Plus d'informations sur le site du projet !

Démonstration en laboratoire de la pagaie haptique :

Démonstration du module Boule et Poutre :

Présentation de la pagaie haptique avec National Instruments :