Download - Robotica Educativa Con LEGO
Desarrollo de Proyectos
Educativos utilizando
Robots Lego Mindstorms
Presenta
M en C. José Manuel Romero Orta
Abril 2012
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Contenido Historia de la Robótica
Clasificación de los Robots
Robótica Educativa
Tecnología Lego Mindstorms
Ejemplo de Proyecto
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Historia de la Robótica La robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes
hace miles de años.
Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear
vida artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales
que le acompañen en su morada, seres que realicen sus
tareas repetitivas, tareas pesadas o difíciles de realizar por un
ser humano.
3
….continuación
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos
muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas
características de robots.
Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño
humano.
Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz
de hacer dibujos.
4
….continuación
Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución
industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las
cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil:
La hiladora giratoria de Hargreaves (1770).
La hiladora mecánica de Crompton (1779).
El telar mecánico de Cartwright (1785).
El telar de Jacquard (1801).
5
….continuación
La palabra Robot fue utilizada por primera vez en el año de
1921 por el escritor checo Karel Capek (1890-1938) en su
obra Rossum´s Universal Robot (R.U.R) presentada en el
teatro nacional de Praga.
Su origen es la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo
realizado de manera forzada.
6
…continuación
Pero fue el escritor americano de origen ruso Isaac Asimov
(1920-1992) quien dio mayor impulso a la palabra robot.
En 1945 publicó en la revista Galaxy Science Fiction, en la
que define por primera vez las tres leyes de la robótica :
7
…continuación
Un robot no puede perjudicar a un ser humano, ni con su
inacción, permitir que un ser humano sufra daño.
Un robot a de obedecer las órdenes recibidas de un ser
humano, excepto si tales órdenes entran en conflicto con la
primera ley.
Un robot debe de proteger su propia existencia mientras tal
protección no entre en conflicto con la primera o segunda
ley.
8
…continuación
Actualmente, la mayoría de la sociedad asocia la palabra robot
con cualquier máquina hecha por el hombre que desarrolle el
trabajo y tareas pertenecientes a los humanos.
Para la Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA), los
robots son dispositivos capaces de moverse de modo flexible
análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin
funciones intelectuales, permitiendo operaciones en respuesta
a las órdenes humanas.
9
…continuación
Para el Instituto de Robótica de América (RIA), un robot
industrial es un manipulador multifuncional y reprogramable
diseñado para desplazar materiales, componentes,
herramientas o dispositivos especializados por medio de
movimientos programados variables con el fin de realizar
tareas diversas.
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Clasificación de los Robots
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Ejemplo de Proyecto
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Clasificación de los Robots Los robots han sido clasificados de acuerdo a :
Su generación
Su nivel de inteligencia
Su nivel de control
Su nivel de lenguaje de programación.
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Clasificación por generaciones
La generación de un robot se determina por el orden histórico
de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son
normalmente asignadas a los robots industriales.
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Clasificación por generaciones
1º Generación: El sistema de control está basado en la
“paradas fijas” mecánicamente. Como ejemplo de esta primera
etapa están los mecanismos de relojería que mueven las cajas
musicales o los juguetes de cuerda.
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Clasificación por generaciones 2º Generación: El movimiento se controla a través de una
secuencia numérica almacenada en disco o cinta magnética.
Por regla general, este tipo de robots se utiliza en la industria
automotriz y son de gran tamaño.
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Clasificación por generaciones 3º Generación: Utilizan las computadoras para su control y
tienen cierta percepción de su entorno a través del uso de
sensores. Con esta generación se inicia la era de los robots
inteligentes y aparecen los lenguajes de programación para
escribir los programas de control.
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Clasificación por generaciones 4º Generación: Se trata de robots altamente inteligentes con
más y mejores extensiones sensoriales, para entender sus
acciones y captar el mundo que los rodea. Incorporan
conceptos “modélicos” de conducta.
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Clasificación por generaciones 5º Generación: Actualmente en desarrollo. Esta nueva
generación de robots basará su acción principalmente en
modelos conductuales establecidos.
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Clasificación por nivel de inteligencia 1.- Dispositivos de manejo manual, controlados por una persona.
2.- Robots de secuencia arreglada.
3.- Robots de secuencia variable, donde un operador puede modificar la secuencia fácilmente.
4.- Robots regeneradores, donde el operador humano conduce el robot a través
de la tarea.
5.- Robots de control numérico, donde el operador alimenta la programación del movimiento,
hasta que se enseñe manualmente la tarea.
6.- Robots inteligentes, los cuales pueden entender e interactuar con cambios en el medio
ambiente.
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Clasificación por nivel de control 1.- Nivel de IA, donde el programa aceptará un comando como "levantar
el producto" y descomponerlo dentro de una secuencia de comandos de
bajo nivel basados en un modelo estratégico de las tareas.
2.- Nivel de modo de control, donde los movimientos del sistema son
modelados, para lo que se incluye la interacción dinámica entre los
diferentes mecanismos, trayectorias planeadas, y los puntos de
asignación seleccionados.
3.- Niveles de servosistemas, donde los actuadores controlan los
parámetros de los mecanismos con el uso de una retroalimentación
interna de los datos obtenidos por los sensores, y la ruta es modificada
sobre la base de los datos que se obtienen de sensores externos.
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Clasificación por nivel de lenguaje de
programación
1.- Sistemas guiados, en el cual el usuario conduce el robot a través de
los movimientos a ser realizados.
2.- Sistemas de programación de nivel-robot, en los cuales el usuario
escribe un programa de computadora al especificar el movimiento y el
sensado.
3.- Sistemas de programación de nivel-tarea, en el cual el usuario
especifica la operación por sus acciones sobre los objetos que el robot
manipula.
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Robótica Educativa
Es una disciplina que tiene por finalidad fomentar un ambiente de
aprendizaje innovador para los estudiantes, donde ellos pueden
diseñar, desarrollar, programar pequeños robots educativos y poner
en práctica diferentes proyectos que le permiten resolver problemas
prácticos y le facilita al mismo tiempo, cierto aprendizaje.
23
….. continuación
El diseño, desarrollo y programación de robots es hoy en día una
tarea relativamente sencilla que debe de incorporarse en las aulas
desde los primeros niveles de la escolarización.
Los estudiantes que participan en estos ambientes de aprendizajes
presentan logros tales como:
Desarrollan estrategias para la solución de problemas. Utilizan el
método científico par probar y general nuevas hipótesis sobre la
solución, de manera experimental y natural.
24
….. continuación
Construyen un vocabulario técnico relacionado con las nuevas
tecnologías y construyen sus propias concepciones acerca del
significado de cada objeto que manipulan.
A si mismo, desarrollar la capacidad de trabajo colaborativo; educarlos
para que puedan trabajar en equipos y tomar decisiones, aclarando,
discutiendo y respetando las ideas de los demás.
25
….. continuación
El uso de la robótica educativa en el ámbito curricular
de la enseñanza es una exigencia de los nuevos
tiempos, tanto para complementarlo, como para
potenciar un modelo de enseñanza aprendizaje más
activo y dinámico.
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Ejemplo de Proyecto
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Tecnología Lego Mindstorms
¿Qué es LEGO-Mindstorms?
Imagina poder construir un robot completo, con sensores,
motores, engranajes, reductoras, estructuras, poder
programarlo y configurarlo, y todo sin soldar, grapinar,
taladrar, pegar o taladrar tornillos. Pues eso es LEGO-
Mindstorms, una forma fácil y sencilla de aprender robótica y
construir tu propio robot.
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….. continuación Lego Mindstorms fue uno de los resultados de la fructífera
colaboración entre Lego y el MIT.
El fruto de esta colaboración fue el desarrollo del MIT
Programmable Brick (Ladrillo programable).
29
….. continuación
Desde nuestro punto de vista los componentes más
importantes de Lego Mindstorms NXT son la Unidad de
Control basada en microcontrolador, los sensores electrónicos
y los actuadores.
30
….. continuación
La unidad de control, definida como ladrillo inteligente NXT, es
el cerebro de los robots Mindstorms.
Características Principales:
• Microcontrolador ARM7 de 32 bits
• 256 Kb de memoria Flash
• 64 Kb de RAM externa
• Conexión Bluetooth y USB
• Capacidad para conectar distintos
sensores
• Capacidad de conectar tres
motores
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….. continuación Sensor de Tacto
Este sensor aporta al robot el sentido del tacto. Su funcionamiento consiste en detectar cuando éste está siendo pulsado y cuando no.
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….. continuación Sensor Ultrasónico
Proporciona al robot un sentido de visión. El sensor emite un sonido y
mide el tiempo que la señal tarda en regresar, para luego calcular la
distancia, a la cual se encuentra el objeto u obstáculo
Características Principales:
•Rango de 0 a 255 cm
• Presición de +/- 3 cm.
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….. continuación Sensor de Luz
Este sensor le permite a nuestro robot distinguir entre luz y obscuridad, midiendo la intensidad de la luz le permite a nuestro robot "ver" en blanco y negro.
Características Principales:
Da una lectura desde 0 (completa a
obscuridad) hasta 100 (muy
brillante).
34
….. continuación
Sensor de Sonido
Este sensor lee el sonido ambiental y nos regresa una medida de 0 a 100%. Podemos configurarlo para que lea Decibeles o Decibeles Ajustados.
Características Principales:
4-5% Una casa silenciosa.
5-10% Alguien hablando lejos.
10-30% Es una conversación cerca
del sensor o música en un volumen
normal.
30-100% Gente gritando o música a
volumen alto.
35
….. continuación
Motor o Actuador
Todo Kit Mindstorms contiene 3 motores de corriente continua que incorporan sensores de rotación con una precisión de +/- 1 grado.
Características Principales:
No requieren requisitos de
instalación para su
funcionalidad.
36
….. continuación Ventajas de Lego Mindstorms
Fácil de montar y desmontar, no es necesario usar
soldadura, ni tornillo. Todo lo que se arma se puede desarmar rápidamente. Además, eso permite usar las piezas en múltiples diseños distintos.
Muy extendido por todo el mundo, lo que permite encontrar gran cantidad de información e ideas por Internet, diseños, soluciones, participar en foros, competiciones.
No es un pack cerrado, es decir, se puede comprar más ampliaciones de lego, adquirir piezas deterioradas o perdidas, o añadir piezas echas manualmente, como por ejemplo, sensores o motores, e incluso circuitos neumáticos.
37
….. continuación
Ventajas de Lego Mindstorms
Múltiples posibilidades y lenguajes de programación, desde
el nivel más básico e intuitivo, como el Robolab, asi como el uso de lenguajes conocidos como C, Java, Phyton, Visual Basic.
Es escalable, es decir, que a partir de un material básico hay opciones de ampliación.
Muy indicado para entornos educativos, desde colegios a universidades, pues se puede aprender de forma fácil tanto mecánica como electrónica.
38
….. continuación
Desventajas de Lego Mindstorms
La principal desventaja de LEGO es su estructura. Está
formada por bloques de LEGO, que se unen por simple
presión. Cierto que se pueden añadir elementos de refuerzo
y sujeción, pero para diseños exigentes, no es
recomendable. Golpes, caídas, pueden debilitar rápidamente
la estructura, llegando a desarmar el robot.
No se pueden construir estructuras circulares, pues todas las
piezas y ladridos de LEGO son rectangulares.
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Ejemplo de Proyecto
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Ejemplo de Proyecto Resolver el problema de localización de un sistema multi-robot
utilizando técnicas de visión por computadora que nos permitan
saber dónde está el robot y poder corregir las trayectorias que
este debe de seguir.
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…. continuación
Características:
Tecnología LEGO Mindstorms NXT .
Una Estructura Organizacional Centralizada.
Tipos de Unidades Homogéneas.
Mecanismo de Locomoción por ruedas
Comunicación a través de Bluetooth
Localización a través de Cámara
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…. continuación Metodología de Solución:
1. Construir el mapa delimitando el entorno de cada objeto.
2. Identificar los robots dentro de la escena a través de marcas visuales invariantes en cuanto a rotación, escala y parcialmente a la luz.
3. Desarrollar un procedimiento para establecer la comunicación entre la computadora y el sistema multi-robot a través de bluetooth
4. Utilizar técnicas de visión para la navegación de los robots.
5. Planeación de la trayectoria en base a la posición de los robots y el objeto meta, utilizando un algoritmo de enrutamiento.
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GRACIAS POR SU
ATENCION
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