Rice University - Pagaia aptica

Chad Rose dimostra il funzionamento della paletta aptica agli studenti universitari.

Se fatto con gli strumenti giusti, l'apprendimento pratico può essere il modo migliore per aiutare gli studenti a capire il curriculum dato, specialmente nei campi dell'ingegneria. Dal suo sviluppo nel 2006, la paletta aptica è diventata un elemento fondamentale del corso di modellazione dei sistemi dinamici della Rice University, tenuto dalla dottoressa Marcia O'Malley. La paletta aptica è un semplice dispositivo a un grado di libertà con un manico mobile che può essere ruotato avanti e indietro. I sensori magnetici possono tracciare la posizione della maniglia in tempo reale. La parte inferiore del dispositivo ha un motore DC con un azionamento a frizione che contatta la base della maniglia. Gli studenti del terzo anno di ingegneria meccanica usano la paletta tattile in laboratorio per sperimentare con sistemi dinamici reali per rinforzare ed espandere la loro comprensione del materiale presentato nelle loro lezioni.

Le versioni della paletta aptica del 2006, 2012 e 2014.

L'intera porzione di laboratorio del corso di modellazione dei sistemi dinamici, tenuto da studenti laureati, è strutturata intorno alla paletta aptica. Il primo esercizio introduce gli studenti al dispositivo e fa loro calcolare l'inerzia della paletta e la costante di coppia del motore sulla base dei loro dati sperimentali. Gli esercizi successivi includono l'introduzione degli amplificatori operazionali, l'analisi delle risposte di primo e secondo ordine e la determinazione dello smorzamento del motore. Il laboratorio si sviluppa fino all'esercizio finale, in cui gli studenti eseguono la teleoperazione con due dei sistemi collegati insieme.

L'efficacia del paddle come strumento di apprendimento si è estesa anche al di là del curriculum del corso; gli studenti lo usano in vari programmi di divulgazione progettati per coinvolgere gli studenti K-12 di diversa estrazione nella robotica e nell'ingegneria in generale. Inoltre, la dottoressa O'Malley e i suoi studenti, Chad Rose e James French, hanno dimostrato il dispositivo in una presentazione di National Instruments. Mentre il dispositivo può sembrare semplice a prima vista, la sua capacità di arricchire l'educazione degli studenti sembra essere senza limiti.

Il modulo palla e raggio attaccato alla base della pagaia.

La Rice University ha visto diverse iterazioni della pagaia dal suo debutto. Lo studente laureato Chad Rose ha contattato per primo ADVANCED Motion Controls nel settembre del 2015. Lui e il suo collega Craig McDonald stavano lavorando con il dottor O'Malley per semplificare il controllo del motore della paletta, in modo che gli studenti non dovessero preoccuparsi di modellare la dinamica elettrica del motore. Per ottenere ciò, avevano bisogno di un servoazionamento con controllo di corrente. AMC ha fornito al team un drive 12A8M scontato e due drive 10A8 gratuiti. Da allora, il dottor O'Malley e Chad hanno continuato a lavorare sulla pagaia aptica e contattano sempre AMC quando vogliono costruire altre unità o espandere il laboratorio.

La più recente riprogettazione della pagaia è stata intrapresa dai dottori O'Malley, Chad e Nathan Bucki. Questi tre hanno creato un modulo di sfere e travi al dispositivo, che permette l'analisi di sistemi meccanici più complessi. L'aggiunta di moduli intercambiabili alla base della pagaia apre un nuovo regno di possibilità, che siamo ansiosi di vedere. Fortunatamente, le menti brillanti che lavorano sulla paletta aptica si aspettano che il progetto continui per molti anni a venire. Non vediamo l'ora di vedere cosa c'è dopo, ma fino ad allora, ci togliamo il cappello di fronte ai talentuosi studenti e professori della Rice University per migliorare questa meravigliosa esperienza di apprendimento pratico.

L'alimentatore e l'amplificatore AMC 12A8 con il paddle aptico.

"Il programma University Outreach Program di AMC ci ha dato accesso a risorse che semplificano il controllo dei motori DC, permettendo agli studenti di concentrarsi sull'apprendimento dei concetti base di dinamica e controllo. Inoltre, con la sponsorizzazione, siamo stati in grado di espandere il numero di stazioni di laboratorio, per aumentare il tempo 'hands-on' degli studenti con i paddles aptici a costi molto bassi, e abbiamo paddles aptici che possiamo distribuire per dimostrazioni in eventi di sensibilizzazione o come prototipi in altri corsi".
- Chad Rose

 

 

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Dimostrazione di laboratorio della pagaia aptica:

Dimostrazione del modulo Ball and Beam:

La presentazione della pagaia aptica con National Instruments: