המעבר לכיוון הידיים-על למידה במכטרוניקה

חינוך הנדסי מתרחק מתיאוריה של chalkboard ולמידה פעילה, מבוססת פרויקטים.זה שינוי דורש כלים המאפשרים לתלמידים לבנות ולהוביל במהירות. ערכות רובוטיות מודולריות ממלאות את הצורך הזה על ידי מתן רכיבי מכניים, אלקטרוניים ותוכנה שניתן לאסוף לתוך אינספור תצורה.בניגוד רובוטים חד-תכליתיים, ערכות אלה לפעול כתיבת חול עבור חקר בקרת קימטיקה, תיאוריה, היתוך, היתוך, פיתוח תוכניות אבטחה מהירה יותר, פיתוח, תכנון, פיתוח של אבטחה, תכנון עצמי, פיתוח ביצועים גבוהים יותר, תכנון, תכנון, תוכניות סטנדרטיים, תכנון, פיתוח ביצועים גבוהים יותר, פיתוח סגסוגת גבוהה.

כיצד חינוך אינטגרטיבי

במהלך שנות ה-90 וה- תחילת שנות ה- 2000, תוכניות הלימודים של הנדסה לימדו עיצוב מכני, ניתוח מעגלים, והתכנות כנושאים נפרדים. Mechatronics הופיעו כמשמעת מאחדת, אך הציוד ששילם מאחורי החזון, רובוטים חינוכיים מוקדמים היו פלטפורמות יקרות, סגורות, אשר מונעות ניסויים: למעלה מ-0LEGO MindstormsFLT:1, שהוצגו בשנת 1998 שינו את הנוף על ידי כך שתלמידים יכלו לתפוס מושגים מורכבים כמו משובים חשמליים ומכשולים חזקים כמו חסמי פיתוח של 2.

המונחים: a Well-Designed Modular Kit

ערכת הרובוטיקה מודולרית יעילה באמת היא יותר מאשר קופסה של מנועים וחיישנים.זה מערכת אקולוגית מחוספסת המיועדת לעצימות.הערכת המצליחה ביותר כוללת מספר שכבות חיוניות:

יסודות מבניים

דבורים, חזיונות, צלחות וגלגלים עשויים אלומיניום, מחזקים פלסטיק, או מסובכים.חלקים אלה חייבים לתמוך בתקני חיבור מרובים - כגון 16 מ"מ רשת מ- Makeblock או 1 אינץ ' מ- VEX - ומאפשרים התחדשות מהירה ללא כלים של מכונה. קרוס-התאמה עם תוספות צד שלישי מרחיבה את החיים שימושיים של הפלטפורמה.

מערכות הפעלה ו- Drive

מנועים DC, מנועים צעד, מנועים סרבו, וציילרים pneumatic בגורמים סטנדרטיים צורה.הערכת הטוב ביותר כוללת תיבות הילוכים וקוקודים שניתן להחליף בין פועלים, המאפשר לתלמידים לחקור את ההפוכות המסחריות בין torque, מהירות ודיוק.FLT:0DnamixelalLTFalLT1 חכם vos עם משובים מתקדמים לפשטות מתקדמות.

חיישנים

מבחר של חיישנים מרחק (ultrasonic, אינפרא אדום, LiDAR), יחידות מדידה לא רצויות, מצלמות, חיישנים כוח, וקוקודרים.המערכת האקולוגית צריכה לחשוף פרוטוקולים תקשורת משותפים - I2C, SPI, UART - כך חיישנים מותאמים אישית ניתן לשלב מאוחר יותר.זמן-of-of-Fs-of-Fy-of-Fs-of-Fy-Fy-Fs ומצלמות RGB-D בעלות נמוכה הופכות סטנדרטיות בערכת מחקר.

מיקרו-בקרים ומחשבים בודדים

פלטפורמות החל Arduino ו ESP32 ל Raspberry Pi ו BeagleBone. ערכת צריך לספק לוחות פורצי דרך כי לפשט את ה-wiring תוך שמירה על גישה לכל pins. Modular ערכות כוללים יותר ויותר לוח המוביל שמקבל מודולים מעבדים מרובים, המאפשר שדרוגים ללא החלפת שאר המערכת.

ניהול כוח

ערכות סוללות חד-משמעיות, הרגולטורים מתח, ולוחיות חלוקת חשמל המאפשרים לתלמידים למדוד את התוסף הנוכחי ולהבין את תקציבי האנרגיה. מודולי סוללות חכמים עם פיקוח ממשלתי-of-charge ללמד עיצוב חשמל-מודע, מיומנות קריטית עבור רובוטים ניידים.

Software Stack

Libraries, תבניות קושחה, ואופציונלית מערכת הפעלה בזמן אמת kernel. ערכות באיכות גבוהה לבוא עם תיעוד רב של API וקוד מדגם C++, Python, או שפות מבוססות בלוק. אינטגרציה באמצעות Webots או Gazebo מאפשר בדיקות אלגוריתמים לפני פריסה פיזית, צמצום ללבוש חומרה ומאפשרת השקיה מהירה יותר.

עקרונות עיצוב עבור Scalable Learning Platforms

בניית ערכת מודולרית שעדיין מועילה על פני רמות ותחומי מחקר דורשת אפשרויות עיצוב מכוונים.עקרונות של שינוי, הרחבה, קלות השימוש, והחזקה חייבת להיות מוצפת על ידי שיקולים המבטיחים שהפלטפורמה גדלה עם המשתמשים שלה.

שינוי אמיתי באמצעות סטנדרטיזציה

(שינוי פירושו יותר מאשר התאמה פיזית.זה מרמז על תאימות חשמלית ותוכנה. Connectors צריך להיות מקוטב וממוקד למניעת שגיאות חיפוש.אוטובוסים נתונים צריכים לאמץ סטנדרטים מקובלים נרחבים - יכול אוטובוס לתקשורת תעשייתית חזקה, I2C עבור רשתות חיישן למרחקים קצרים, ו- USB או Wi-Fi עבור קישוריות מארחת.FLT:0ROS 2FLT2, עוד decouples תוכנה, המאפשרת חילופי חומרים אוטומטיים כגון:

התרחבות ללא פשרות

תקציבים חינוכיים מוגבלים, כך שערכת צריכה להתפתח במשך מספר שנים.מערכות מכונאות מכניות צריכות להיות ערכות הרחבה - יותר דבורים, מפרקים נפוחים, גלגלי אטום - שניתן לרכוש באופן מצטבר. מודולים מעבדים צריכים להיות כל כך שקועים או מחוברים באמצעות לוחות ראשיים משתנים כך 16 מ"ר ארדונו יכול להיות משודרג ל-600 בני נוער ללא קושחה או זמן מאפשר ל-xoptretrepertor.

« פדגוגית Ease of Use

Ease of use פירושו לספק רמות מתקדמות של מופשטות. A מתחיל להתחיל עם סביבה מבוססת בלוק כמו FLT:0 (Open Roberta LabcioFLT:1, אשר מייצרת קוד ויזואלי.תלמיד ביניים יכול לעבור לסקיצות Arduino או תסריטי מיקרו-פייתון החושפים את אותם פונקציות חומרה.משתמשי מתקדם צריכים לגשת לספריות C++ ו-R.

רובוסטנטיות לכיתות אמיתיות בעולם

רובוטים בכיתה סובלים טיפות, מברגים מעומקים, מהפך של קוטביות, ועיגולים קצרים. Robustness מתחיל עם עודף והגנת קוטביות הפוכה על כל קלט כוח. מרכיבים סטרקטיים צריכים להשתמש בממלאים נדיבים ולא פינות חדות כדי למנוע שברים מתח. psed pinsed צריך להיות מכווץ, ומשלבים של PTC או ממזגים לאפסים רפיחים למנוע נזק קטסטרופלי לוואי הגרועים.

עלויות-אווירה וגישה

(הערכת מודולריות מוקדמת יכולה להיות יקרה.A הגדלת נגד הסרת עיצובים שניתן יהיה לחבוש לייזר מ plywood או 3D מודפס עם PLA filament ושילוב עם Off-shelf אלקטרוניקה. A Cost-upular Kit-upular Kit עשוי לצרף 3D-uptrated brackets עם חיישן זול, מה שמביא את העלות לכל היותר מתחת ל- 100 דולר ו-Folomed להורדת רכיבים נוספים של מחקר:

סביבת תכנות ושילוב Curricular

ממד התוכנה של ערכת הרובוטיקה מודולרית הוא קריטי כמו חומרה. ערכות מודרניות לתמוך ספקטרום של פרדיגמות תכנות כי להתאים את מטרות הפיתוח הקוגניטיבי של הלומדים ואת הקריירה.סביבות גרפיות כגון גרד או חסום לספק מבוא עדין לשליטה על זרימת זרימת ותוכנות מונחה אירועים. עבור סטודנטים, עיצוב קידוד טקסט מבוסס וידאו ב- Python ו- C++ הופך להיות ה, לעתים קרובות עם כלי סימולציה כגון Gazebo או Webots.

יישומים במחקר אקדמי

מעבר לכיתה, ערכות מודולריות משמשות פלטפורמות מהירות של פרופילים למחקר חדשני.ברובוטים של חולפים, החוקרים זקוקים לעשרות או מאות רובוטים קטנים, בעלי עלויות גבוהות, בניית כל יחידה מ- PCB מותאם אישית וחלקים ממונעים זהה באופן בלתי חוקי. A Modular Kit with a אלגוריתמית של בסיס תצורה, רדיו רשת אלחוטית והתרחבות מאפשר צוות להרכיב סוכנים משולבים ביום אחד מהר מאוד, ו-Frecotexreatives.

חינוך ותעשייה

מעסיקים מדווחים באופן עקבי כי בוגרי הנדסה חסרים מיומנויות שילוב ידיים. ערכות רובוטיות מודולריות עוזר לסגור את הפער הזה על ידי חשיפת סטודנטים למגבלות של מערכת אמת בעולם: חוט, ניתוח תקציבי כוח, בוררות אוטובוס ורעש חיישן.כאשר התלמידים מתעדים את הבנייה שלהם, הם יוצרים תיק המפגין תוכניות סטנדרטיות של מערכת ההפעלה (Rottens-Fird) עכשיו שותפים בתעשייה כדי להתאים את רכיביהם עם חומרה תעשייתית רחבה, שילוב של תוכניות הפעלה / IFternativesssssssssssssss (או-Fopen) עם יכולות הפעלה סטנדרטיות עם יכולות להיות מסוגלות עם אופציונליות עם אופציונליות עם אופציונליות עם אימונים עם יכולות הפעלה עם אימונים של מערכות ההפעלה עם אימונים מתקדמים יותר ויותר עם אימונים עם אימונים מתקדמים יותר ויותר אופציונליות עם אימונים של מערכות ההפעלה עם צוות אבטחה, או פונקציות אבטחה של מערכות ההפעלה עם אימונים של מערכות ההפעלה עם צוות אבטחה סטנדרטיות עם צוות אבטחה סטנדרטיות עם אימונים של מערכות ההפעלה עם צוות אבטחה סטנדרטיות עם אימונים של מערכות ההפעלה עם צוות אבטחה של מערכות ההפעלה עם אופציונלית (או-מערכת ההפעלה עם אימונים של מערכות ההפעלה עם אימונים של מערכות

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלהם, ערכות רובוטיות מודולריות להתמודד עם כמה hurdles. Upfront עלות נשאר מחסום: ערכת ביצועים מלאה עם רכיבי מתכת וחיישנים מתקדמים יכול לעלות על התקציב של בתי ספר רבים, במיוחד בקהילות מוחלשות.הגמישות של מערכת מודולרית יכול להתגבר על מדריכים מהירים כי חסר הכשרה באינטגרציה mechatronics, מה שהופך פיתוח מקצועי ומדריכים ממובנים היטב בעוד סטנדרט הוא רקורד אחד, לא יכול להיות מתחומים חשמליים, רק לעתים רחוקות.

התפקיד של קוד פתוח וחדשנות קהילתית

(הופנה מהדף Creative Commons) ו-Inners for Modular Robotics הוא תנועת הקוד הפתוח של חברת התקליטים Hardware, אשר שוחררה תחת רישיון Creative Commons ו-Commoning onפלטפורמות כמו GitHub ו-GrorCAD, המאפשרת למחנכים לייצר ערכות מחשבי CNC או 3D מדפסת פתוחה: 0 Open Sourceware AssociationFIRD1 certifies That to Sticks, Software, Setup of a Community, and a Active Directory.

בסביבה הקרובה של Modular Robotics

הדור הבא של ערכות מודולריות יכילו מאיץ למידת מכונה מוטבעת, המאפשרת על-ידי תזמון מודולים מודולים של זיהוי וזיהוי אנטומי ללא צורך בחיבור ענן. חיישנים מתקדמים כגון מצלמות זמן של 3-טיס ו- LiDAR הופך קטן יותר וזול יותר.

מחקרים: פלטפורמות שעושות את זה נכון

(ב) כמה פלטפורמות רובוטיות מודולריות (מודול) פיתחו השוואות בחינוך ומחקר.(FIR) ,(Siltos Modical Kitvo Mindstormsממציאs: Prostol-Fmix) ו-(Silto-FLT) הן פלטפורמה מוכרת ביותר, המציעה סביבת תכנות חזותית מ-GPSFLT2, ו-CLT2DOSFLT) , אשר משתמשת ב-DVTNEROL.

Best Practices for Developing a Custom Modular Kit

עבור מוסדות או חברות שוקלים לבנות ערכת רובוטיות מודולריות מודולריות משלהם, כמה הנחיות להגדיל את האימוץ.התחל על ידי הגדרת תוצאות למידה ומטרות מחקר במפורש, ולאחר מכן לעבוד לאחור כדי לדרוש רכיבים הדרושים כדי לבחור תקן בנייה - כגון רשת 16 מ"מ המשמש על ידי Makeblock או 1 אינץ ' המגרש המשותף ב VEX - ולשמור אותו על פני כל חלקי פיתוח פיילוט עם קהילות גדולות כדי להפחית את התמיכה בכתב, מאויר, מאויר, מקבצי תוכנה אחת, אבל להפעיל את המדריכים של תוכניות הפעלה של תוכניות הפעלה ומופעלומי תוכנה אחת, אבל להפעיל את זה על בסיס תוכניות הפעלה של תוכניות הפעלה.

ערכות רובוטיות מודולריות התפתחו הרבה מעבר לבנים פלסטיק צבעוניות.הם עכשיו פלטפורמות מתוחכמות שמלמדות מערכות חשיבה, להאיץ מחקר, להכין את הדור הבא של מהנדסים עבור העולם המורכב, האוטומטי הם יורשו.המפתח הוא בעיצוב מערכת אקולוגית התומכת למידה רציפה של מחשבת LED הראשון ממצמץ של מכונית ספורטיבית, כמו סטנדרטים פתוחים, בינה מלאכותית, שיתוף פעולה קהילתי להמשיך ולטפח את תחום זה, אשר מבטיח שילוב מקצועי, עם שיטות עבודה משותפת של מערכת יחסים פתוחה, עם צוות פתוח, אשר יהיה מסוגל לשמור על ידי צוות פתוח, עם אינטגרציה מקצועי, ולפתח אינטגרציה, עם אינטגרציה, ולפתח אינטגרציה גלובלית של מערכת יחסים פתוח, ולפתח אינטגרציה, עם אינטגרציה, אשר יהיה מסוגל לפתח מומחיות עסקית עם אלגוריתם של מערכת יחסים פתוח, עם מערכת יחסים פתוח, עם אינטגרציה עם אינטגרציה מקצועי של מערכת יחסים פתוח, עם אינטגרציה עם אלגוריתם אלגוריתם אינטגרציה, אשר יהיה מסוגל לפתח מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים עם אינטגרציה עם אינטגרציה עם אלגוריתם אלגוריתם של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוח, עם מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה של מערכת יחסים פתוחה, אשר יהיה מסוגל לפתח מערכת יחסים