Nízkonákladové miniatúrne didaktické prostriedky pre pedagogický proces automatického riadenia a mechatroniky na mikroradičových platformách

Základné informácie

Tematická oblasť: komisia č. 2 pre nové technológie, metódy a formy vo vzdelávaní

Názov projektu (slovenský): Nízkonákladové miniatúrne didaktické prostriedky pre pedagogický proces automatického riadenia a mechatroniky na mikroradičových platformách

Názov projektu (anglický): Low-cost miniature didactic devices for the pedagogical process of automatic control and mechatronics on microcontroller platforms

Začiatok riešenia projektu: 2021

Koniec riešenia projektu: 2023

Stav projektu: Financovaný/riešený

Číslo projektu: 012STU-4/2021

Vedúci projektu: doc. Ing. Martin Gulan, PhD.

Vysoká škola: Slovenská technická univerzita v Bratislave

Pracovisko: Strojnícka fakulta

Anotácia projektu v slovenskom jazyku

Pedagogika konceptov spätnoväzobného riadenia, automatizačnej techniky a mechatroniky vyžaduje nemalú investíciu pri vybavení laboratórií. Komerčné experimentálne zariadenia sú nákladné, rozmerné, citlivé a ťažko dostupné pre študentské experimenty. Projekt je zameraný na návrh miniaturizovaných experimentálnych prístrojov, ktoré v kombinácii s programátorským rozhraním, príkladmi a štandardizovanou prototypizačnou platformou mikroradičovej techniky predstavujú unikátnu novinku vo výučbe technickej kybernetiky, teórie riadenia, automatizácie a mechatroniky. Naviac význam miniatúrnych a lacných experimentálnych prístrojov, ktoré študenti môžu používať samostatne aj v domácom prostredí je obrovský v súčasnej výnimočnej situácii, ktorá bola pôsobená globálnou pandémiou vírusu SARS-CoV-2. Základom hardvéru je doska plošných spojov, ktorú môžeme pripojiť k celému radu prototypizačných platforiem mikroradičovej techniky pomocou štandardizovaného elektronického rozhrania. Experimentálne sústavy spätnoväzobného riadenia, ako napríklad optický experiment, vzdušná levitácia, termodynamický systém alebo magnetická levitácia sú namontované na tejto doske, a tým efektívne vytvárajú kompaktné laboratórium na dlani. Elektronické a mechanické súčiastky sú ľahko a globálne dostupné, výroba nevyžaduje nákladné nástroje alebo technológie. K prístrojom patrí aj programátorské rozhranie a inštruktážne príklady v jazyku C/C++, MATLAB a Simulink. Rozhranie obsluhuje hardvérové funkcie, a tým pádom sa užívateľ môže sústrediť na tvorbu vnorenej aplikácie automatického riadenia. Návrh prístrojov a obslužné programové vybavenie je uverejnené a voľne dostupné v rámci konceptu otvoreného hardvéru a softvéru, vďaka čomu ich môže každý voľne reprodukovať a vylepšovať. Súčasťou projektu je aj vytvorenie rôznych didaktických príkladov na výučbu konceptov riadenia, modelovania, identifikácie sústav alebo spracovania signálov. Z pohľadu pedagogiky technických vied a inžinierstva, vedľajším cieľom riešiteľského kolektívu je zmapovať dopad použitia navrhnutých laboratórnych prostriedkov na motiváciu a chápanie študentov, a zabudovanie nových metodík do sylabov niektorých predmetov.

Anotácia projektu v anglickom jazyku

Teaching feedback control, automation and mechatronics requires a considerable financial investment to equip laboratories. Commercial experimental devices are expensive, large, delicate and hardly accessible for student experiments. The aim of this grant proposal is to design miniaturized experimental devices that—when combined with an application programming interface, didactic examples and standard microcontroller boards—represent an entirely novel way to teach technical cybernetics, control theory, automation and mechatronics. In addition, the importance of miniature and inexpensive experimental devices that students can use independently and at home has been elevated in the current  situation caused by the global pandemic of the SARS-CoV-2 virus. The hardware is based on printed circuit boards, which are connected to a range of microcontroller prototyping platforms using a standard electronic interface. The experimental systems for feedback control such as an optical experiment, air levitation, thermodynamic experiment or magnetic levitation are mounted to this board; thereby effectively creating a laboratory in a palm. Electronic and mechanical parts are easily and globally accessible, and manufacturing the device does not require expensive tools or technologies. An application programming interface and instructional examples in C/C++, MATLAB and Simulink come with the devices. This interface serves hardware functions, so that the user may focus on creating embedded applications for automatic control. Device design and program codes are published under the open-source paradigm, thus may be reproduced and built upon by anyone. The project also includes various didactic examples for teaching feedback control concepts, modeling, system identification and signal processing. From the viewpoint of education of technical sciences and engineering, a secondary goal of the research team is to map the impact of the use of the proposed laboratory tools on student motivation and understanding, moreover, the incorporation of new methodologies into the syllabus of certain relevant courses.

Finančná dotácia z MŠVVaŠ SR v rámci KEGA

	Finančná dotácia z MŠVVaŠ SR v rámci KEGA	Kapitálové výdavky v €
Čerpané v roku 2023	17 966,00	0,00