SENA
2019
CENTRO DE TECNOLOGIA DE LA MANUFACTURA
AVANZADA
MECYDICE
ROBOT CAR
INFORME FINAL DE PROYECTO DE AULA
OMAR ESCOBAR
DOCENTE
JOHAN NICOLAS OSORIO
ESTUDIANTE
1834531
FICHA #
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
COLOMBIA
2019
INTRODUCCIÓN
Antes de comenzar aclaremos la diferencia entre máquina, autómata y robot. Una máquina es capaz de realizar un trabajo dirigido por un usuario, el autómata es capaz de realizar el trabajo sencillo y repetitivo que le mandan sin necesidad de supervisión y el robot es capaz de decidir cuál es el trabajo que debe hacer.
El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es, por lo tanto, la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos, neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc.
La robótica es una disciplina, con sus propios problemas, sus fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica. En el aspecto teórico se aúnan las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial. Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario.
En la robótica se aúnan para un mismo fin varias disciplinas afines, pero diferentes, como la Mecánica, la Electrónica, la Automática, la Informática, etc. El término robótica se le atribuye a Isaac Asimov. Los tres principios o leyes de la robótica según Asimov son:
- Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano.
- El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley.
- El robot debe autoprotegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley.
ANTECEDENTES
La robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. La robótica como ciencia multidisciplinar, se presta continuamente a nuevos enfoques y tratamientos, siendo una disciplina técnica presente en diversas ingenierías con diferentes objetivos curriculares.
Un avance importante que se tuvo con respecto a los robots fue el de tres equipos de investigación de las universidades de Cornell, Delft (Holanda) y el MIT que han logrado construir robots cuyos pasos y movimientos se parecen a la forma de andar de los humanos. El robot desarrollado por el MIT también demuestra un sistema de aprendizaje nuevo, que permite que el robot se adapte de forma continua al terreno sobre el que se mueve. Estos nuevos avances en robótica podrían transformar los actuales sistemas de diseño y control de robots, y podrían ser aplicados al desarrollo de prótesis robóticas.
Una de las investigaciones que más auge y polémica ha causado es el de los robots domésticos, donde cada vez más los consumidores comprarán los robots de última generación para cortar césped, aspirar suelos y realizar otras tareas en el hogar. Pues, los últimos avances tecnológicos en el campo de robótica permiten que estos robots domésticos sean cada vez más eficaces y menos aparatosos y ruidosos para los consumidores. Un informe realizado en una encuesta “prevé que a finales de 2007, 4,1 millones de robots domésticos estarán en uso y que empezarán a ganar en popularidad el tipo de robot que limpia ventanas y piscinas” .
JUSTIFICACIÓN
El tema de la robótica, es uno de los más controversiales en este momento, porque con la nueva tecnología que llega desde tantas partes del mundo, se quieren implementar nuevos robots que faciliten las labores caseras, por estas razones decidimos basarnos en el tema de la robótica, donde estos son una parte vital del desarrollo virtual.
Además, la robótica es una tecnología interdisciplinaria, ya que hace uso de los recursos que le proporcionan otras ciencias, ya que, en el proceso de diseño y construcción de un robot, intervienen muchos campos pertenecientes a otras ramas de la ciencia (mecánica, electrónica, informática, matemáticas).
Es una forma de poder entender la realidad.
Es una forma de poder entender la realidad.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Conocer la forma de trabajar de un robot y los tres campos que componen esfuerzos para que sea real y realizable, así como funcional para apoyar al ser humano en sus problemas cotidianos (programación, robótica y diseño). Implantar un sistema de trabajo que conecte totalmente las necesidades reales mediante la realización de proyectos en el entorno de la robótica con aplicaciones directas a nuestros modelos de vida. Así mismo, demostrar la manera en que se mejoran contenidos transversales y destrezas de otras áreas (del lenguaje, matemática, científica, etc.)
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Brindar los contenidos necesarios para que los alumnos no queden aún más desplazados en su capacitación de un futuro cada vez más tecnificado.
- Describir qué es un robot, qué papel tienen en nuestra sociedad y en el entorno educativo.
- Reconocer los componentes básicos de un robot y su funcionamiento.
- Fomentar el desarrollo de un amplio abanico de habilidades incluidas como: ciencia, tecnología y matemáticas.
- Enseñar de forma innovadora las materias de ciencia, tecnología y matemáticas.
- Aprender herramientas para desarrollar la inteligencia lógico-matemática.
MARCO TEÓRICO O CONCEPTUAL
El desarrollo metodológico ligado a la tecnología realmente innovadora en nuestro país arroja muchas sombras. La realidad es que no se ofrecen demasiadas soluciones con un formato estrictamente educativo, es decir, institucionalizado, si bien fuera de nuestras fronteras la implantación de metodologías que trabajen las nuevas tecnologías de una manera mucho más didáctica existen desde hace tiempo. Para la aplicación del presente proyecto el marco teórico tiene una clara proyección de dos sociedades que ya han iniciado el camino de institucionalizar la presencia en educación de la programación de computadoras y robótica educativa. Respecto al Reino Unido, su asignatura Estudio de Programas de Computación trata de dotar al alumno de destrezas para expresarse virtualmente desde la creación de programas y no sólo como mero usuario. El desarrollo metodológico de dicha asignatura y el contenido del currículo educativo ha sido realizado por el Departamento de Educación del gobierno del Reino Unido amparado por empresas como Computing at School o Codeacademy, como destaca el diario The Telegraph en un artículo del 4 de noviembre de 2013.En cuanto a Estados Unidos, se trata de un sistema educativo muy disgregado, pero que presenta una multitud de ejemplos de aplicación de prácticas educativas sobre programación y robótica así como múltiples competiciones, con el apoyo de grandes empresas, como First Robotics Competition o Zero Robotics High School Competitivo. Así mismo, buscan una integración real de la programación en aula mediante iniciativas como code.org, que intenta incluso globalizarse y despertar el interés sobre la programación de los niños y adolescentes de todo el planeta. La educación en lenguajes de programación tiene que tener una presencia en el futuro conjunto de instrumentos a transmitir al alumnado para garantizar su capacidad de desarrollarse como ciudadanos plenos, si bien este enfoque no es innovador. Ya en el año 1986, el artículo de Douglas H. Clements titulado Effects of Logo and CAI environments on cognación and creativity explicaba en sus conclusiones que los niños que usaron el lenguaje computacional Logo demostraron tener una capacidad de atención más elevada, más autonomía, y mostraban una mayor inquietud por el descubrimiento de nuevos conceptos que otros niños. De la misma forma resaltaba una mejora en las destrezas matemáticas, de razonamiento y de resolución de problemas.
Estudios más recientes han demostrado así mismo que en el formato actual la programación mejora sustancialmente la creatividad y la respuesta emocional de los niños.Con el anterior marco teórico se trabaja la implantación de robótica como método de traslación de un concepto virtual a algo físico, tangible y manipulable que conecte la tecnología educativa tradicional (basada en proyectos y objetos tecnológicos) con los nuevos medios de producción tecnológica (basados en tecnologías de la computación y robótica).
METODOLOGÍA
En el presente trabajo se trata de formalizar y estructurar una experiencia realizada en aula, totalmente práctica y colaborativa, en la que los alumnos han desarrollado durante un curso natural una inmersión en la robótica como elemento para desarrollar habilidades (tecnológicas y transversales) profundizando en los tres campos que interfieren en el proceso de creación de un robot: diseño del mismo, programación de aquellas funciones que queremos que realice y robótica como aplicación física de los dos campos anteriores. Se ha trabajado el pensamiento matemático aplicado directamente al proceso de programación, descomponiendo problemas complejos y analizando la sucesión de eventos o procesos necesarios para obtener un resultado, así como comprender las partes que componen un robot (sensores que lo conectan con el entorno y actuadores que llevan a cabo las acciones que ordena la programación) y la necesidad de conocer el proceso de diseño como faceta más funcional y artística que tecnológica. El trabajo realizado se ha elaborado mediante la creación de problemas con un enunciado disfrazado de situación real que los alumnos, mediante el uso de medios de comunicación virtuales (Google drive, Gmail, Blogger...) han ido resolviendo dándole una solución totalmente física y tangible, así como la elaboración de un entorno virtual donde el alumnado ha ido dando respuesta a los problemas propuestos para que cualquiera pueda entender la solución adoptada.
RESULTADO
La línea adecuada sería la que elimina la magia con la que parece funcionar la tecnología y tratar de comprenderla, insertar en la educación un modelo de pensamiento crítico hacia todo proceso tecnológico y una capacidad de interacción real con la tecnología desde el proceso de creación de la misma. Para ello se plantea un proceso en el que los alumnos crearán, por grupos, una empresa ficticia para resolver una serie de problemas que se plantean, siempre intentando que los proyectos conecten a los estudiantes con la vida real al ser consciente de cómo podrían ayudar a la vida cotidiana del ser humano. Adicionalmente se ha creado un entorno de trabajo totalmente virtual en el que los problemas se comparten
en forma de documentos online y los alumnos plasman las soluciones que van creando en un blog para realizar el seguimiento. El objetivo principal es no desvincular un proceso totalmente práctico de áreas muy importantes como la lingüística (capacidad de explicar lo que has realizado) o la artística (ser capaz de hacer una propuesta atractiva del método elegido para solucionar el problema).
IMPACTO
Aún es pronto para arrojar un impacto tangible, pero las experiencias previas en el entorno de la programación confirman su idoneidad como instrumento educativo. El trabajo de diseño y manipulación de robots aporta, además, un crecimiento personal en el alumno poco habitual en el entorno educativo y, sobre todo, permite cierta
Organizado por expresión personal (atención a la diversidad) que refuerce la ilusión individual por aprender. Así mismo, la forma de trabajo planteada permite la realización de un número indeterminado de problemas, lo cual refuerza el ritmo de aprendizaje no unificado y da lugar a que los alumnos con mayor destreza no se vean cohibidos en su avance por el aprendizaje del mismo modo que alumnos con dificultades pueden sentirse seguros en aquel ritmo que les permita entender y comprender los contenidos. De manera adicional se trabajan habilidades de mecanografía, expresión en entornos virtuales, creación de entornos web y blogs, uso de documentos y archivos. De la misma forma todo el trabajo se desarrolla en entornos de software libre, por lo que la manipulación y trabajo de sistemas operativos y programas de libre uso conlleva la inmersión del alumno en la tendencia actualmente mundial del DIY (Do It Yourself) que desemboca en una capacidad más alta de trabajar de forma autónoma para generar recursos de software que satisfagan sus necesidades.
CONCLUSIONES
- Hoy en día los robots están ocupando las líneas de producción de las grandes empresas además que sustituyen al hombre en cuanto a realizar pasos que requieren de mayor precisión, así como también en calidad y producción. Los futuros egresados de esta institución deben de tener una visión de lo que implica estar actualizados en automatización y en la tecnología, para que así tengan esa gran responsabilidad de estar a cargo de líneas automatizadas, si fuera el caso de especializarse en este ramo. Hay una infinidad de campo de acción donde ya existen robots y líneas automatizadas y las que todavía faltan por innovar.
- Un robot no puede dañar a un ser humano o, a través de la inacción, permitir que se dañe a un ser humano.
- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.
- Un robot debe proteger su propia existencia siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.
RECOMENDACIONES
Se recomienda antes de realizar el diseño electrónico, tener desarrollado el diseño funcional y establecido las características deseadas, para evitar diseñar nuevamente en caso de haber pasado por alto algún detalle
El ensamble de los sensores y circuitos debe ser realizado lo más exacto posible, debido a la cantidad de espacio disponible y la debida colocación y sujeta al chasis por el movimiento que puede provocar al momento de ejecutarse
El tiempo de duración de la batería es un factor muy importante que debe ser tomado en cuenta, ya que según pruebas realizadas la duración de la batería es muy baja, lo cual disminuye el rendimiento del robot, en especial si lo queremos para altas velocidades
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
Componentes utilizados
- Arduino Uno R3
Las razones para usar el arduino UNO R3 son las siguientes:
- Él bajo costo que tienen los arduinos hace que sea super accesible para realizar el proyecto con un presupuesto económico
- La flexibilidad para trabajar sobre él en cualquier sistema operativo (Windows, mac, linux).
- Es una herramienta open source que cuenta con una gran comunidad que cada dia crea nuevas librerías para que los principiantes podamos realizar y avanzar más fácilmente.
- Usa C++ como lenguaje de programación. Este es un lenguaje reconocido y usado a nivel mundial lo que facilita la programación del 0arduino.
- Combo auto
Chasis
Motorreductores DC
Rueda loca
Llantas con Goma semi dura de 65 mm x 27 m
Estos implementos se compran en combo, junto con un chasis acrílico en forma de auto donde cuenta con soporte para arduino. Al ser un combo entonces incluye los motores DC, rueda loca y llantas. Esa es la razón por la que se compra el motor DC y el resto del equipo
- Puente H L298
Sé usa este puente H por sugerencia del profesor. Este nos permite darle más voltaje a los motores para y de esa manera logren alcanzar más velocidad.
- Sensor Infrarojo TCRT5000
Es un sensor óptico reflexivo que consta de un emisor de luz infrarroja también llamado fotodiodo y un fototransistor. Este módulo tiene integrado un comparador de voltaje y un trimmer para poder ajustar la sensibilidad del sensor.
- Protoboard
Para unir las diferentes partes del circuito se utiliza una protoboard pequeña. Se utilizará sobre todo para unir las conexiones de los motores y la parte de la Raspberry.
- Interconexión entre módulos y fijación.
La conexión entre los diferentes módulos se realiza utilizando cables USB, y cables de interconexión entre la Raspberry/Arduino con la protoboard.
CÓDIGO
El lenguaje de programación de Arduino es C, y para compilarlo, existe un programa gratuito que se puede descargar desde la página oficial (Llamado Arduino también), que incluye todas las herramientas de programación de todas las tarjetas oficiales, un editor de texto para el código, y diversas herramientas para poder depurar el código, como por ejemplo un puerto serie. Lo mejor de esta herramienta es que es compatible para Windows, Linux y Mac.
DIFICULTADES
Pérdida de línea: Con la detección de final con la detección de un color, se quiso solucionar un problema que aparecía cuando el robot iba muy rápido, que era que perdía la línea ya que no giraba a la suficiente velocidad o porque reaccionaba tarde en algunos casos. Para evitar que el robot se quede colgado, se añadió una funcionalidad para que volviese marcha atrás hasta encontrar la línea de nuevo.
CONCLUSIONES
Dentro de las mejoras que se podrían realizar están las siguientes:
- Añadir un control mejor y más estable, de manera que se pueda acelerar la velocidad.
- Intentar utilizar unos motores mejores, ya que los que se utilizaron eran muy lento, y su respuesta no era muy buena.
- Implementar funciones de detección de patrones, para poder indicar al robot los sitios a los que se puede mover, que hacer en cada sitio, etc.
Así que como se puede ver, hay muchas cosas para poder integrar en el robot. La detección de la línea no deja de ser la punta del iceberg de todo lo que puede hacer un robot con un módulo de visión artificial y los sensores adecuados. Realmente este proyecto no deja de ser una base de partida para poder llegar a realizar un robot autónomo, que funcione de manera similar a otros vehículos autónomos.
RESULTADO FINAL
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