TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA EN SISTEMAS E INFORMÁTICA

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1 UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE LOS ANDES UNIANDES FACULTAD DE SISTEMAS MERCANTILES CARRERA DE SISTEMAS TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA EN SISTEMAS E INFORMÁTICA TEMA: Robot autómata programado de solución de sudoku para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán. AUTORA: Lisseth Nathaly Mier Montalvo ASESOR: Ing. Cristhian Dorado TULCÁN, 2015

2 UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE LOS ANDES UNIANDES Tulcán, Marzo del 2015 CONSTANCIA DE CERTIFICACIÓN POR PARTE DEL TUTOR Ing. Cristhian Dorado, en calidad de Asesor de Tesis, certifica que la señorita Lisseth Nathaly Mier Montalvo, egresada de la escuela de Sistemas Mercantiles, ha culminado con su trabajo de Tesis de Grado, con el tema: Robot autómata programado de solución de sudoku para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán, quien ha cumplido con todos los requerimientos exigidos por los que se aprueba la misma, cuyo estudio muestra la importancia que tiene el uso de la robótica como una herramienta de aprendizaje; a través de prototipos robóticos y programas especializados con fines científicos. Es todo en cuanto puedo certificar, en honor a la verdad, facultando a la interesada hacer el uso de la presente, así como también se autoriza la presentación para la evaluación por parte del Jurado respectivo. Atentamente, Ing. Cristhian Dorado ASESOR II

3 DECLARACIÓN DE AUTORÍA DE TESIS Yo Lisseth Nathaly Mier Montalvo estudiante de la Facultad de Sistema Mercantiles de la Universidad Regional Autónoma de los Andes UNIANDES, expreso en forma libre y voluntaria que el presente trabajo de titulación, que versa sobre el tema ROBOT AUTÓMATA PROGRAMADO DE SOLUCIÓN DE SUDOKU PARA EL DESARROLLO DE APLICACIONES TECNOLÓGICAS EN UNÍANDES TULCÁN así como las expresiones vertidas en la misma son de mi autoría, que lo he plasmado sobre la base de la investigación bibliográfica y consultas en internet. En consecuencia asumo la responsabilidad de la originalidad y el cuidado respectivo al remitirme a las fuentes de investigación respectivas para fundamentar el contenido expuesto. Atentamente Mier Montalvo Lisseth Nathaly III

4 DEDICATORIA El presente trabajo va dedicado a Dios, a mi madre, Lcda. Marlene Montalvo, mi padre Sr. Antonio Mier y al Sr. Manuel Vivanco. Quienes con esfuerzo, amor, dedicación, valores y ejemplo me permiten llegar a estas instancias en mi proceso estudiantil, siendo mi inspiración y los principales pilares y gestores importantes en mi vida. IV

5 AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por protegerme durante todo mi camino y darme fuerzas para superar obstáculos y dificultades a lo largo de toda mi vida. A mi madre que con tanto esfuerzo y dedicación me supo guiar por el camino del saber inculcándome principios y valores para mi bienestar. Igualmente agradecer a la Universidad Uniandes, a cada uno de los maestros en especial al Ing Darwin Becerra y Dr. Miltón Gordón, que marcaron cada etapa estudiantil, a mi tutor Ing Cristhian Dorado quien me oriento con sus asesorías y consejos durante el proceso de elaboración de la presente tesis. V

6 ÍNDICE GENERAL Constancia De Certificación Por Parte Del Tutor... III Declaración De Autoría De Tesis... IIIII Dedicatoria... IV Agradecimiento V Resumen Ejecutivo... XIV Executive Summary... XIV Introducción... 1 Antecedentes De La Investigación... 1 Planteamiento Del Problema... 1 Formulación Del Problema Variable Independiente.- Dispositivo Autómata Programado... 3 Variable Dependiente.- Solución Del Rompecabezas Sudoku Metodología... 3 Métodos... 3 Breve Explicación De La Metodología Investigativa Observación Científica Validación Por Expertos Método Analítico Sintético Método Inductivo Deductivo VI

7 Método Sistémico Técnicas E Instrumentos De Investigación Análisis Y Diseño... 4 Construcción... 4 Pruebas Capítulo I. Marco Teórico... 6 Origen Y Evolución De Los Procesos Informáticos... 6 Generaciones... 6 Análisis De Las Distintas Posiciones Teóricas Sobre Los Procesos Informáticos Definición De Informática Procesos Informáticos Hardware Software Sistemas Autómatas Física De Movimiento Mecánica Electrónica Electromecánica Inteligencia Artificial Robótica Definición Sistemas De Control Sistemas De Control De Lazo Abierto Sistema De Control De Lazo Cerrado VII

8 Característica De Los Sistemas De Control Sensores Características De Un Sensor Tipos De Sensores Sensores De Contacto Sensores Ultrasónicos Sensores Ópticos Sensores Térmicos Sensores De Humedad Sensores Magnéticos Sensores Infrarrojos Matemática Del Sudoku Historia Del Sudoku Valoración Critica Conclusiones Parciales Del Capítulo I Capítulo II. Marco Metodológico Caracterización De La Universidad Regional Autónoma De Los Andes Uniandes Extensión Tulcán Misión De La Carrera De Sistemas Visión De La Carrera De Sistemas Descripción Del Procedimiento Metodológico Para El Desarrollo De La Investigación Modalidad De Investigación Tipos De Investigación Investigación Bibliográfica Investigación De Campo Investigación Aplicada Investigación Descriptiva VIII

9 Investigación Correlacional Población Y Muestra Población Muestra Métodos, Técnicas E Instrumentos De Investigación Métodos Empíricos Observación Científica Validación Por Expertos Métodos Teóricos Método Analítico- Sintético Método Inductivo- Deductivo Método Sistémico Técnicas De Investigación Encuesta Instrumentos De Investigación Cuestionario Interpretación De Resultados Conclusiones De Resultados Metodología Del Desarrollo Del Dispositivo Análisis/Diseño Construcción Pruebas Implementación Conclusiones Parciales Del Capítulo II Capítulo III. Desarrollo De La Propuesta Título de la Propuesta Objetivo de la Propuesta IX

10 3.3. Caracterización de la Propuesta Desarrollo detallado de la propuesta Análisis Diseño Especificaciones Técnicas del Hardware y Software utilizado EV Componentes de EV Características de Hardware Diagrama del robot autómata programado de solución del sudoku Hardware Cerebro Esqueleto Extremidades Servomotores Sentidos Características de Software Diagrama general de configuración del dispositivo Barra de herramientas presente en el software EV Herramientas de Acción Herramientas de Control de Flujo Sensores Herramientas para Operaciones con Datos Herramientas de Control Avanzado Construcción Exploración Umbral Segmentación Adelgazamiento X

11 Extracción de Características Pruebas Primera Prueba Sensor de Luz Resultados Segunda Prueba Sensor de infrarrojos y ultrasónico Resultados Validación de la Propuesta Conclusiones Parciales del Capítulo III Conclusiones Generales Recomendaciones Generales Bibliografía Anexos.. Bibliografía Índice de Tablas Tabla Nº 01: Población Tabla Nº 02: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 03: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 04: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 05: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 06: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 07: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 08: Resultados pregunta Nº Tabla Nº 09: Análisis Tabla Nº 10: Resultados primer indicador por via de expertos Tabla Nº 11: Resultados segundo indicador por via de expertos XI

12 Tabla Nº 12: Resultados tercer indicador por via de expertos Tabla Nº 13: Resultados cuarto indicador por via de expertos Tabla Nº 14: Resultados quinto indicador por via de expertos Índice De Gráficos Grafica Nº1: Diseño. 30 Grafica Nº2: Diagrama del robot autómata programado de solución del sudoku Grafica Nº3: Cerebro Grafica Nº4: Cables de conexión al cerebro principal Grafica Nº5: Partes para la conexión del dispositivo Grafica Nº6: Extremidades... Error! Marcador no definido.34 Grafica Nº7: Articulaciones para movimiento Grafica Nº8: Servomotores Grafica Nº9: Sensor de infrarrojos Grafica Nº10: Sensor de color RGB Grafica Nº11: Sensor de Contacto Grafica Nº12: Diagrama general de configuración del dispositivo Grafica Nº13: Barra de herramientas presente en el software EV Grafica Nº14: Herramientas de Acción Grafica Nº15: Herramientas de Control de Flujo Grafica Nº16: Barra de Sensores Grafica Nº17: Herramientas para Operaciones con Datos Grafica Nº18: Herramientas de Control Avanzado Grafica Nº19: Trabajo de sensor de color con servomotores Grafica Nº20: Construcción Grafica Nº21: Construcción Grafica Nº22: Escaneo de Sudoku Grafica Nº23: Parte del código fuente XII

13 Grafica Nº24: Primera Prueba Sensor de Luz...45 Grafica Nº25: Segunda Prueba Sensor de infrarrojos y ultrasónico46 Error! Marcador no definido. XIII

14 RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo contiene información sobre el desarrollo y programación de un dispositivo autómata, el cual contribuirá con el proceso de aplicaciones tecnológicas en la carrera de sistemas en Uniandes Tulcán, las bases para esta investigación son la automatización, control y robótica, la cual apoyara a que estudiantes y docentes a través de la creatividad y el intelecto construyan nuevos y mejores dispositivos tecnológicos. El presente trabajo está dividido en tres capítulos: El primer capítulo contempla el marco teórico el cual contiene conceptos básicos de robótica y análisis de las distintas posiciones teóricas. En el segundo capítulo se desarrolla el marco metodológico utilizando la investigación bibliográfica de campo y aplicada, como los métodos empíricos y los métodos teóricos tales como observación científica, validación por expertos, analítico sintético, inductivo deductivo; y, sistémico, entre las técnicas de investigación se aplica las encuestas a estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Autónoma de los Andes sede Tulcán, además se analizaron e interpretaron los datos obtenidos aquellos que están plasmados en las conclusiones y recomendaciones. En el tercer capítulo se desarrolla la propuesta a través de un análisis de requerimientos lo cual contribuyo al desarrollo del proyecto, este finaliza con la validación por expertos, conclusiones y recomendaciones generales, bibliografía y anexos. Palabras claves: automatización, dispositivo programado, robótica. XIV

15 EXECUTIVE SUMMARY This paper contains information on the development and programming of a robot device, which will contribute to the process of technological applications in the race Uniandes Tulcán systems, the basis for this research are automation, control and robotics, which would support students and teachers through creativity and intellect to build new and better technological devices. This paper is divided into three chapters: The first chapter provides the theoretical framework which contains basic concepts of robotics and analysis of the various theoretical positions. In the second chapter the methodological framework is developed using the literature and applied field research, and empirical methods and theoretical methods such as scientific observation, validation by experts, analytical - synthetic, inductive - deductive; and systemic, including survey research techniques applied to students studying systems of the Autonomous University of the Andes based Tulcán also analyzed and interpreted the data from those reflected in the conclusions and recommendations. In the third chapter the proposal is developed through a needs analysis which contributed to the development of the project, this ends with validation by experts, conclusions and recommendations, bibliography and appendices. Keywords: automation, programmed, robotic device. XV

16 INTRODUCCIÓN Antecedentes de la investigación El sudoku es un juego matemático que se publicó por primera vez a finales de la década de 1970 y se popularizó en Japón en 1986, dándose a conocer en el ámbito internacional en 2005 cuando numerosos periódicos empezaron a publicarlo en su sección de pasatiempos. Se ha revisado tesis de grados y proyectos informáticos en la biblioteca de UNIANDES Tulcán, tratando de observar si hay temas similares al título de la presente Tesis de Grado como el del Carlos Alfredo Palate Labre (2013) con el tema de Robot Inteligente que simule movimientos humanos. Cuyo objetivo es desarrollar un robot que simula movimientos humanos mediante sensores y motores, proporcionando así a los estudiantes de la Universidad el conocimiento de este tipo de tecnologías usadas en la creación de robots. Pero cabe destacar que el tema que voy a desarrollar es nuevo en la Institución. En la biblioteca de la Universidad Autónoma de los Andes UNIANDES, de la ciudad de Tulcán, se observó que no se cuenta con una solución del rompecabezas sudoku mediante un dispositivo autómata para contribuir con el desarrollo de Investigativo de Uniandes Tulcán, lo que brinda una mejor utilidad. Planteamiento del problema Luego de una serie de análisis y observaciones para la creación de un laboratorio de robótica en Uniandes Tulcán, se pudo detectar dificultades para poder realizarlo; las causas son las siguientes: Falta de materiales para crear un robot Incorrecto manejo de las herramientas requeridas. La no utilización de la tecnología informática en todo el proceso para el desarrollo de los robots Además se identificaron los siguientes efectos consecuentes al problema: Poco interés por parte de los estudiantes sobre la robótica Por falta de materiales con los pocos que se pueden son utilizados de forma incorrecta dando como consecuencia el deterioro de los mismos. Subutilización de recursos tecnológicos actuales. Es indispensable que se busquen estrategias para que se presenten alternativas de solución a la problemática identificada anteriormente. 1

17 En la actualidad consta una gran variedad de rompecabezas que requieren algún tipo de táctica para poderse resolver, uno de los más conocidos es el sudoku. Este rompecabezas matemático presenta una interesante complejidad para poder estimular, potenciar las habilidades matemáticas, de lógica y pensamiento crítico. El ser humano debe emplear una de sus principales capacidades sensoriales como es el sentido de la vista, para poder resolver este rompecabezas el cual consiste en rellenar una cuadrícula de 9 9 celdas dividida en subcuadrículas de 3 3 llamadas cajas o regiones con las cifras del 1 al 9 partiendo de algunos números ya dispuestos en algunas de las celdas, que no se deben repetir en una misma fila, columna o subcuadrícula, un sudoku está bien planteado si la solución es única. En Uniandes no se dispone de un laboratorio de robótica ya que no cuenta con las herramientas y proyectos necesarios para llevar a cabo su desarrollo e incentivar a los estudiantes nuevos para que puedan ingresar en Uniandes, es por esto que los estudiantes próximos a ser profesionales hemos planteado como temas de tesis la elaboración de robots los mismos que realizarán una determinada función, entre uno de estos robots se encuentra el robot autómata programado de solución de sudoku para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas pertenecientes a Uniandes contribuyendo así en el bienestar de la universidad y en el avance académico de la misma. Formulación del problema. Cómo contribuir al desarrollo investigativo y Tecnológico en el área de Robótica de la carrera de Sistemas de UNIANDES - Tulcán? Delimitación del problema. Lugar: Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes- Tulcán ubicada en el sector sur de la ciudad en Santa Rosa de Taques. Tiempo: El tiempo estimado para la presente tesis de Grado es de 7 meses septiembre del 2014 a febrero del Objeto de investigación y campo de acción Objeto de Investigación: Procesos Informáticos Campo de Acción: Robótica Identificación de la línea de investigación Automatización y Control. 2

18 Objetivos Objetivo general. Desarrollar un dispositivo autómata programado para la solución del rompecabezas sudoku que contribuya con el desarrollo Investigativo y Tecnológico en el área de Robótica de la carrera de Sistemas de UNIANDES Tulcán. Objetivos específicos. Fundamentar teóricamente sobre el rompecabezas sudoku, Robótica, Inteligencia Artificial y desarrollo Investigativo tecnológico. Diagnosticar el estado actual del dispositivo autómata programado que solucione el rompecabezas sudoku en el área de Robótica de la carrera de Sistemas de la UNIANDES Tulcán. Diseñar los elementos constitutivos del dispositivo autómata programado con el fin de solucionar el rompecabezas sudoku. Validar la propuesta por la vía de expertos. Idea a defender. Con el desarrollo del dispositivo autómata programado aplicando los conocimientos de Programación, Electrónica, Robótica e Inteligencia Artificial se va a contribuir con la Investigación en el Área de Robótica en la Universidad UNIANDES Tulcán. Justificación del Tema Ante la carencia de estudios sobre robótica en Uniandes Tulcán, se pensó en el desarrollo de un dispositivo autómata programado que contribuya en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas e industriales en el ámbito local. La propuesta de esta investigación está dirigida a la carrera de sistemas en Uniandes Tulcán, ya que su desarrollo permitirá el aporte de conocimientos en robótica y el uso de nuevas tecnologías en los estudiantes de la carrera de sistemas en Uniandes Tulcán. Variables Variable Independiente. Dispositivo autómata Programado Variable Dependiente. Solución del rompecabezas sudoku. Metodología Métodos Breve explicación de la metodología investigativa. La presente tesis de grado se lleva a cabo bajo los paradigmas cuantitativo y cualitativo, teniendo 3

19 en cuenta algunos tipos de investigación, tales como descriptiva, bibliográfica, de campo y aplicada. Además se emplearán diferentes métodos de investigación de carácter empírico y teórico del conocimiento. Entre los métodos empíricos de investigación, se tienen: Observación científica. Este método se lo utiliza para detectar con precisión el problema de investigación y realizar la propuesta de solución al mismo. Validación por expertos. La validez de la tesis se lo realiza mediante expertos en el área de Sistemas. Métodos teóricos Entre los principales métodos teóricos a emplearse, se tienen: Método analítico sintético. Este método permite el análisis y la síntesis de los elementos teóricos relacionados con la temática de la tesis de grado. Método inductivo deductivo. Este método parte de estudios generales para llegar a estudios particulares o viceversa. En la presente tesis, la aplicación de este método, se basa en la elaboración del marco teórico, el mismo que se lo hace de manera deductiva y el desarrollo de la propuesta es de manera inductiva. Método sistémico. Este método permite aplicar la teoría de sistemas de información en la elaboración y estructuración del informe final de esta tesis de grado. Técnicas e instrumentos de investigación. Las técnicas para recopilación de datos, a utilizarse son la encuesta y la entrevista. Para la encuesta se utiliza el cuestionario o test y para la entrevista se emplea la guía de entrevista. Metodología para el desarrollo del dispositivo autómata Programado Análisis y Diseño El objetivo de esta fase es desarrollar el diseño arquitectónico de los sistemas, utilizando los requerimientos obtenidos. En el diseño arquitectónico se engloba dos componentes: los datos y los procesos, los cuales serán analizados y diseñados desde una perspectiva conceptual a una física. Construcción Desarrolla y organiza la infraestructura que permite cumplir las tareas de construcción de la forma más productiva posible. Pruebas Da inicio de las diferentes unidades de diseño han sido desarrolladas y probadas por separado. 4

20 Resumen de la estructura de la tesis: breve explicación de los capítulos de la tesis. Capítulo I. Marco Teórico: En este capítulo se analizan todas las teorías utilizadas para la elaboración de la presente tesis de grado. Capítulo II. Marco metodológico: Se refiere a la metodología de investigación utilizada en la ejecución de la presente tesis. Capítulo III. Desarrollo de la propuesta. En este capítulo se detalla cómo está elaborado el dispositivo autómata, así como las respectivas pruebas del mismo. Aporte Teórico, Significación práctica y novedad científica El Aporte Teórico de la tesis de grado, son los conceptos y los elementos constitutivos de un dispositivo autómata que solucione el rompecabezas sudoku en UNIANDES Tulcán. La Significación Práctica aplicada en la presente tesis será la contribución del desarrollo de la investigación científica en el área de Robótica para docentes y estudiantes de la carrera de Sistemas. Novedad científica la propuesta radica en que la institución educativa, a través de dispositivos autómata, brinde a sus docentes y estudiantes mayor apoyo práctico para la resolución de problemas mediante la aplicación de la Robótica. Este proyecto es novedoso ya que los anteriores trabajos realizados en base a robótica han sido efectuados de una forma teórica o manual con este propósito planteado se va a lograr ampliar nuevos cambios de investigación dentro de la institución educativa utilizando algoritmos que permiten resolver otros problemas, logrando ser una base para futuros trabajos en este campo. 5

21 CAPÍTULO I. MARCO TEÓRICO Origen y evolución de los procesos informáticos Para poder empezar con nuestros temas de interés sobre este proyecto debemos empezar desde una base en este caso veremos a continuación una breve reseña de como empezaron los procesos informáticos. Los comienzos de los primeros aparatos de cálculo, nacen aproximadamente a 3000 adc, el cálculo provocaba algunos problemas para poder desenvolverse. Uno de ellos era la no existencia de un mecanismo que facilite el ingreso, calculo y la entrega de resultados de forma rápida y exacta de datos que procedían del comercio, el cobro de impuestos, calendarios, entre otros cálculos, dentro de la historia de la humanidad se han construido distintas maquinas e instrumentos que facilitan en trabajo matemático, aritmético, lógico; resolviendo problemas más complejos que surgen con el pasar del tiempo. Los babilonios que habitaron la antigua Mesopotamia utilizaron un instrumento para realizar cálculos matemáticos de adición y sustracción denominado ábaco. En (1642) el físico y matemático francés Blaise Pascal invento el primer calculador mecánico, la pascalina, deseando facilitar el trabajo que realizaba su padre como funcionario de impuestos, fabricando un dispositivo que contaba con 8 ruedas dentadas las cuales avanzaban una a una cuando la anterior completaba una vuelta. Marcadas con números del 0 al 9, se manejan dos ruedas para los decimales, generando números entre ,01 y ,99 manejado mediante manivela permitiendo sumar y restar con simplicidad, treinta años después el filósofo y matemático alemán Leibnitz invento una máquina de cálculo para multiplicar, dividir hasta obtener raíces cuadradas en sistema binario. Dispositivo que años después fue perfeccionado utilizando un motor analítico que permitió aumentar la velocidad de cálculo a 60 sumas por minuto. A comienzos de los años 30, John Vincent Atanasoff, vio la posibilidad de construir un calculador digital, decidió que la maquina debía operar en sistema binario, y hacer los cálculos de modo distinto a como lo realizaban las calculadoras mecánicas utilizando medios electrónicos. ENIAC creada desde 1943 hasta 1947 con una inversión de ,22 dólares; contaba con tubos de vacío, 1500 relés, 7500 interruptores, cientos de miles de resistencias, condensadores e inductores y 800 kilómetros de alambres. Podía realizar unas 5000 sumas por segundo, con un peso de 30 toneladas y consumía 200 kilovatios de potencia eléctrica, era impresionante porque simplemente permitía realizar tareas que antes eran imposibles. (Historia de la informatica, 2010, pág. 24) Hablar de computación, es hablar de un tema apasionante en todos los sentidos, nos hace soñar sobre el futuro, nos hace discutir sobre las tecnologías apropiadas y sus costos, las políticas para desarrollar una industria, institución y un país. Pero fundamentalmente es hablar de la necesidad de recursos humanos capacitados, de los cambios en la forma de trabajar y los nuevos empleos, de las nuevas posibilidades de desarrollo individual y hasta de aprendizaje con la inserción de la computadora partiendo desde sus principios para poder realizar cambios o avances dentro de la tecnología. Generaciones Dentro de la historia de la informática se pueden establecer seis tipos de divisiones o en este caso denominadas generaciones las cuales son estudiadas para poder analizar cómo era el funcionamiento o que era lo que se empleaba las herramientas y materiales, en este caso su evolución hasta la actualidad Primera generación ( ) En este lapso de tiempo los ordenadores trabajaban con válvulas al vacío, usaban tarjetas perforadas para ingresar los datos y los programas, utilizaban cilindros magnéticos para almacenar información e instrucciones internas y se utilizaban únicamente en el área científica o militar. 6

22 Segunda generación ( ) La era de los transistores utilizados para procesar información, siendo mucho más rápidos, pequeños y más confiables que los tubos al vacío, nacen lenguajes de programación como COBOL y FORTRAN, se empezó a utilizar las computadoras a nivel comercial, gracias a la reducción del tamaño de los ordenadores. Tercera generación ( ) La aparición de los circuitos integrados, permitió abaratar costos al tiempo que se aumentaba la capacidad de procesamiento y reducía el tamaño de las maquinas. Cuarta generación ( ) Gracias al avance de la electrónica, nacen los microprocesadores, remplazando varios dispositivos de los ordenadores convirtiéndolos en mucho más pequeños y rápidos, creándose las computadoras personales o PC. Quinta generación ( ) IBM presenta la primera computadora personal revolucionando el sector informático, con la acelerada evolución de la microelectrónica la sociedad industrial ve necesario poner a la altura el desarrollo de software y los sistemas con que se manejan las computadoras. Sexta generación ( actualidad) Se produce una evolución ya no solo en la evolución de los ordenadores, también se amplía hacia las redes de comunicación, las capacidades de operación tecnología espacial, inteligencia artificial, teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos, entre otra tecnología, que está desarrollada o en desarrollo. (Historia de la informatica, 2010, pág. 27) Las computadoras están cambiando nuestras vidas, es por eso que debemos aprender a utilizarla estudiándola desde sus principios hasta la actualidad para de alguna manera no quedar inmersos en una nueva forma de analfabetismo. Lo anterior contribuye a la creación de nuevos esquemas sociales que incluyen novedosas maneras de comercialización aprovechando las facilidades para comunicarse con todo el mundo a través de Internet, la necesidad de crear leyes adecuadas a la realidad cibernética actual y sobre todo la concepción de una nueva manera de relacionarse con nuestros semejantes que contemple una serie de normas éticas que regulen la convivencia pacífica y cordial entre los millones de personas que tienen que utilizar estas avanzadas tecnologías para realizar su trabajo, estudio, descanso y esparcimiento diarios. Análisis de las distintas posiciones teóricas sobre los procesos informáticos Dentro de la sistematización de los fundamentos teóricos en necesario definir y analizar el término informática así como también la robótica los mismos que intervienen en el desarrollo del presente proyecto Definición de Informática Dentro de la sistematización de los fundamentos teóricos en necesario definir y analizar el término informática. La informática es una ciencia que estudia métodos, procesos, técnicas, con el fin de almacenar, procesar y transmitir información y datos en formato digital. (Recalde, 2010,19) 7

23 Es la ciencia que estudia el tratamiento de la información mediante medios automáticos, es decir la ciencia que hace uso de métodos, procesos, técnicas, que permiten el almacenamiento de información en servidores, procesamiento mediante unidades lógicas, la transmisión de datos digitales a través de distintos medios y dispositivos de red Procesos Informáticos Para definir el término proceso informático analizaremos el siguiente criterio. Un proceso informático es una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos del sistema asociado. Son creados y eliminados por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos. (Ismael Caballero, 2011,22) Un proceso informático puede informalmente entenderse como un programa en ejecución, formalmente un proceso es una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos de sistemas asociados Hardware Ahora estudiaremos el término de hardware otro término importante para el desarrollo del proyecto. Se refiere a todas las partes tangibles de un sistema informático, sus componentes son: eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos. Son cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado (Klaus Dembowski, 2012,10) Se denomina hardware a todos los componentes electrónicos sensibles que puede tocar el ser humano, como lo son: el CPU, tarjetas, cables, teclado, mouse, pantalla, impresoras entre otros periféricos de entrada, procesamiento, salida o almacenamiento de la información Software Para definir el término software analizaremos el siguiente criterio. Es el equipamiento lógico o soporte lógico de un sistema informático, que comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas como las aplicaciones informáticas; tales como el procesador de texto, que permite al usuario realizar todas las tareas concernientes a la edición de textos; el llamado software de sistema, tal como el sistema operativo, que básicamente permite al resto de los programas funcionar adecuadamente. (Collins, ) Software en sí es la parte lógica de un ordenador, es un conjunto integrado de programas que permiten al usuario utilizar su computador siempre y cuando el hardware se encuentre en las condiciones adecuadas para trabajar en conjunto con el software. 8

24 1.2.5 Sistemas Autómatas Dentro de la sistematización de los fundamentos teóricos en necesario definir y analizar el término Sistemas Autómatas. El autómata es la primera máquina con lenguaje, es decir, un calculador lógico cuyo juego de instrucciones se orienta hacia los sistemas de evolución secuencial, es una máquina, un mecanismo artificial pero también puede ser un instrumento musical que toca con ayuda de un mecanismo oculto, muy a menudo adoptando la forma de un instrumentista que toca otro instrumento. (Ernesto Acevedo, 2011,43) La historia y evolución de los autómatas desde mucho antes de la civilización griega fatiga la mente del hombre y recorre todas las épocas, hasta llegar a nuestros días, arrastrando muchos de los prodigios de la técnica del siglo XX. Bajo formas siempre renovadas que gozarán en el siglo XXI Física de Movimiento Internamente se trata sobre los fundamentos teóricos se debe definir y estudiar la física de movimiento. Es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia, el estudio del movimiento se puede realizar a través de la cinemática o a través de la dinámica. En función de la elección del sistema de referencia quedaran definidas las ecuaciones del movimiento, ecuaciones que determinarán la posición, la velocidad y la aceleración del cuerpo en cada instante de tiempo. Todo movimiento puede representarse y estudiarse mediante gráficas. Las más habituales son las que representan el espacio, la velocidad o la aceleración en función del tiempo. Es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia. (Ricardo García, 2010,21) Se refiere al cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por un observador físico. Un poco más generalmente el cambio de ubicación puede verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el cambio de dicho estado físico Mecánica Continuando con los temas de estudio es el turno de la mecánica. Es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos. En ese enfoque la mecánica estudia también las ecuaciones de evolución temporal de sistemas físicos como los campos electromagnéticos o los sistemas cuánticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos físicos. (John J. Craig, 2012,67) 9

25 La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso Electrónica La electrónica es uno de los temas más fundamentales para el desarrollo del proyecto es por esto que lo analizamos a continuación. Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas. El diseño y la gran construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forman parte de la electrónica y de los campos de la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la física, más concretamente en la rama de ingeniería de materiales. (Moya, Douglas, 2013,58) Es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente Electromecánica Es necesario definir y analizar la electromecánica. Es la ciencia entendida como la aplicación híbrida que surge de la combinación sinérgica de distintas áreas del conocimiento, como el electromagnetismo, la electrónica, la electricidad y la mecánica. Se aplica principalmente en mecanismos eléctricos, máquinas industriales, generación y transformación de energía. (Luis A Robb, 2013,79) Es la combinación de las ciencias del electromagnetismo de la ingeniería eléctrica y la ciencia de la mecánica, es la disciplina académica que la aborda, trata de las aplicaciones de la electricidad a la mecánica Inteligencia Artificial Para definir el término inteligencia artificial analizaremos el siguiente criterio. En ciencias de la computación se denomina inteligencia artificial a la capacidad de razonar de un agente no vivo. Es la ciencia e ingenio de hacer máquinas inteligentes, especialmente programas de cómputo inteligentes. También existen distintos tipos de percepciones y acciones, que pueden ser obtenidas y producidas, respectivamente, por sensores físicos y sensores mecánicos en máquinas, pulsos eléctricos u ópticos en computadoras, tanto como por entradas y salidas de bits de un software y su entorno software. (John McCarthy, 2011,40) La inteligencia artificial es un área multidisciplinaria que, a través de ciencias como la informática, lo lógica y la filosofía, estudia la creación y diseño de entidades capaces de razonar por sí mismo utilizando como paradigma la inteligencia humana. 10

26 Robótica Para definir el término robótica analizaremos el siguiente criterio Definición En la actualidad la robótica se conoce por sus orígenes hace miles de años y en la ciencia ficción, desde el principio de los tiempos el hombre ha deseado crear vida artificial, seres que realicen sus actividades a través de tareas pesadas que son difíciles de realizar por ellos mismo. La robótica es la ciencia y la técnica que está involucrada en el diseño, la fabricación y la utilización de robots, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de Inteligencia Artificial. (UNSAAC, 2010,44) La robótica permite la combinación de diversas disciplinas como: la electrónica, informática, inteligencia artificial y la ingeniería de control. Actualmente la robótica ha ido evolucionando a pasos agigantados y ha dado lugar al desarrollo de una serie de disciplinas como sería el caso de la cirugía robótica Sistemas de control Los sistemas de control es otro tema para el desarrollo del proyecto es por esto que lo analizamos a continuación. Los sistemas de control, según la teoría cibernética, se aplican en esencia para los organismos vivíos, las máquinas y las organizaciones. Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados. (Norbert Wiener, 2011,21) Los robots son capaces de iniciar y detener procesos sin la intervención manual del usuario. Para ello necesitarán recibir información del exterior, procesarla y emitir una respuesta; en un automatismo dicha respuesta será siempre la misma pero en un robot podemos tener diferentes comportamientos según las circunstancias Sistemas de control de lazo abierto Los sistemas de control de lazo abierto es un tema que se debe analizar para el desarrollo del proyecto. Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera; estos son sencillos, la salida y entrada son diferentes, se las puede tocar o no y la precisión depende de la previa calibración del sistema. (Angulo Cecilio, 2010,29). 11

27 Son sistemas sin realimentación, la salida no tiene efecto sobre el sistema, requiere un conocimiento preciso del proceso a controlar y la garantía del correcto funcionamiento del controlador, que no tiene acceso a la salida de proceso Sistema de control de lazo cerrado Los sistemas de control de lazo cerrado es otro de los temas que sirven para el desarrollo de dicho proyecto es por esto que lo analizamos a continuación. Son sistemas con realimentación o feedback. La toma de decisiones del sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida. Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. La salida del proceso es utilizada para regular la amplitud de su entrada, razón por la que se denomina sistema de control en lazo cerrado. (Angulo Cecilio, 2012,77). El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de lazo cerrado, son complejos, pero amplios en cantidad de parámetros Característica de los sistemas de control Dentro de los sistemas de control podemos observar sus diferentes características las mismas que a continuación las estudiaremos. Señal de corriente de entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía extrema. Señal de corriente de salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada. Variable manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso. Variable controlada: Es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida del proceso. Variaciones externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo. Fuente de energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema. Retroalimentación: Es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables de estado. Estas características forman la funcionalidad de un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados para controlar equipos o máquinas. 12

28 Sensores Ahora a continuación estudiaremos otro tema importante como son los sensores. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc. Los datos de entrada y de retroalimentación de los sistemas de control se introducen mediante unos dispositivos, normalmente electrónicos, que se denominan sensores. Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. (Estela Díaz López, 2010) El sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo Características de un sensor Siguiendo con el estudio de los sensores debemos saber cuáles son sus características que a continuación se darán a conocer. Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisión: es el error de medida máxima esperado. Resolución: mínima variación de magnitud de entrada que puede detectarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depende de cuánto varié la magnitud. La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida Tipos de sensores Existen diferentes tipos de sensores que vamos a estudiar de acuerdo a su función al igual que el tipo de variable que tengan que medir o detectar. De contacto Ultrasónicos Ópticos Térmicos De humedad Magnetismo De infrarrojos Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa como un termómetro de mercurio o pueden estar conectados a un indicador posiblemente a través de un 13

29 convertidor analógico a digital, un computador y un visualizador de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Sensores de contacto Dentro de los tipos de sensores encontramos los sensores de contacto que a continuación analizaremos. Se emplean para detectar el final del recorrido o la posición límite de componentes mecánicos. Los principales son los llamados fines de carrera. Se trata de un interruptor que consta de una pequeña pieza móvil y de una pieza fija que se llama NA, normalmente abierto, o NC, normalmente cerrado. La pieza NA está separada de la móvil y sólo hace contacto cuando el componente mecánico llega al final de su recorrido y acciona la pieza móvil haciendo que pase la corriente por el circuito de control. La pieza NC hace contacto con la móvil y sólo se separa cuando el componente mecánico llega al final de su recorrido y acciona la pieza móvil impidiendo el paso de la corriente por el circuito de control. Según el tipo de fin de carrera, puede haber una pieza NA, una NC o ambas. (Estela Díaz López, 2006). Sensores de contacto también conocido como bumper es un conmutador de 2 posiciones con muelle de retorno a la posición de reposo y con una palanca de accionamiento más o menos larga según el modelo elegido. Se usan para detección de obstáculos por contacto directo. Sensores ultrasónicos Los sensores ultrasónicos son otro tipo de sensores es por eso que los veremos a continuación. El sensor ultrasónico es uno de los sensores que le dan visión al robot, es decir, permite al robot ver y detectar objetos. Los sensores que detectan la proximidad de algún objeto a cierta distancia, emitiendo un sonido y midiendo el tiempo en el que la señal demora en regresar, para esto usa el eco del objeto para transformarlo en información. Es decir emiten un pulso ultrasónico contra el objeto a censar y al detectar el pulso reflejad, se para un contador de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso. (Sandria Julio, 2011) Son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la señal tarda en regresar. Sensores ópticos Ahora veremos los sensores ópticos. Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega al sensor. Los principales sensores ópticos son las fotorresistencias, las LDR. Las LDR son muy útiles en robótica para regular el movimiento de los robots y detener su movimiento cuando van a tropezar con un obstáculo o bien disparar alguna alarma. También sirven para regular la iluminación artificial en función de la luz natural. El circuito que aparece en la imagen superior derecha nos permitiría controlar la puesta en marcha de una alarma al disminuir la intensidad luminosa que incide sobre un LDR. Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para determinar las propiedades de ésta. Una mejora de los dispositivos sensores, comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión de la luz. 14

30 Sensores térmicos Otro tema que es de gran ayuda para el estudio dentro de nuestro proyecto son los sensores térmicos. La principal aplicación de los sensores térmicos es, como es lógico, la regulación de sistemas de calefacción y aire acondicionado, además de las alarmas de protección contra incendios. Es un dispositivo eléctrico o electrónico que detecta temperatura y cuando esto sucede el cambia su estado enviando una señal a un circuito electrónico que lo informa, puede ser: Sensores bimetálicos Sensores termoeléctricos Sensores monolíticos o de silicio Sensores piro eléctricos En sí los sensores térmicos o los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico. Sensores de humedad Ahora daremos paso al estudio de los sensores de humedad Se basa en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una conductividad eléctrica; por esa razón el reglamento de baja tensión prohíbe la presencia de tomas de corriente a la bañera. Por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos van a conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor en zona activa que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad. Los sensores de humedad se aplican para detectar el nivel de líquido en un depósito, o en sistemas de riego de jardines para detectar cuándo las plantas necesitan riego y cuándo no. Sensores magnéticos Los sensores magnéticos son otro tema que vamos a emplear para el desarrollo de este proyecto. Detecta los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de materiales ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo magnético, cerrando el circuito. El interruptor Reed puede sustituir a los finales de carrera para detectar la posición de un elemento móvil, con la ventaja de que no necesita ser empujado físicamente por dicho elemento sino que puede detectar la proximidad sin contacto directo. Esto es muy útil cuando interesa evitar el contacto físico. Son caracterizados por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos como imanes generalmente permanentes que se utilizan para accionar el proceso de la conmutación. Los campos magnéticos pueden pasar a través de muchos materiales no magnéticos, el proceso de la conmutación se puede también accionar sin la necesidad de la exposición directa al objeto. Usando los conductores magnéticos ya sea el hierro y el campo magnético se puede transmitir sobre mayores distancias para, es decir poder llevarse la señal de áreas de alta temperatura. 15

31 Sensores infrarrojos Por último y no menos importante estudiaremos a los sensores infrarrojos. Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento de los mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato. El sensor es un dispositivo electrónico, mecánico, químico que mapea un atributo ambiental resultando una medida cuantizada, normalmente un nivel de tensión eléctrica, es capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión Matemática del sudoku Dentro de los fundamentos teóricos en necesario definir y analizar la matemática del sudoku. Desde un tiempo atrás este es un juego que está causando furor. La prensa inglesa lo ha llegado a bautizar como el Cubo Rubik del siglo XXI. Crucigramas, sopas de letras, están siendo reemplazados por un nuevo juego de origen norteamericano aunque popularizado en Japón. El SuDoKu es un rompecabezas matemático del que se empezó a hablar en 1986 y se dio a conocer internacionalmente en Tiene el aspecto de una parrilla de crucigrama de 9x9 con sus 81cuadritos o regiones agrupados en nueve cuadrados interiores de dimensiones 3x3. Algunas celdas ya contienen números, conocidos como números dados o a veces pistas. No se debe repetir ninguna cifra en una misma fila, columna o subcuadrícula. Un Sudoku está bien planteado si la solución es única. De alguna forma el Sudoku se basa en la búsqueda de la combinación numérica perfecta. Hay diferentes niveles de dificultad y la resolución del problema requiere paciencia y ciertas dotes lógicas. Profesores de todo el mundo lo recomiendan como método para desarrollar el razonamiento lógico. Además, cada número de la solución aparece solo una vez en cada una de las tres direcciones, de ahí el los números deben estar solos que evoca el nombre del juego. En realidad, no es obligatorio usar números, sino que también pueden utilizarse letras, formas o colores sin alterar las reglas, pero se utilizan números por conveniencia. Aunque la cuadrícula más común sea la de 9 9 con regiones de 3 3, también se utilizan otros tamaños. Además, las regiones no tienen por qué ser cuadradas, aunque generalmente lo son. Es muy fácil de explicar y eso es lo que lo hace tremendamente popular. De hecho ya son cientos las páginas Web que contienen información sobre cómo resolverlos. (Gary McGuire, 2014,33) El Sudoku es un rompecabezas numérico que se popularizó en Japón en 1986 y se dio a conocer en el ámbito internacional en Este juego requiere de paciencia y de la ejercitación de dotes intelectuales que hacen a este pasatiempo muy atractivo Historia del Sudoku Dentro de lo que se trata del sudoku vamos a conocer un poco de cómo se hizo tan popular este rompecabezas matemático Lo más seguro es que el Sudoku se crease a partir de los trabajos de Leonhard Euler ( ), famoso matemático suizo. Este no habría creado el juego en sí, sino que daría las pautas para el cálculo de probabilidades. Algunas fuentes indican que el origen del juego puede situarse en Nueva York (EEUU) a finales de los años Entonces no se llamaba Sudoku sino simplemente Number Place (El lugar de los números), siendo publicado en la revista Math Puzzles and Logic Problems (Rompecabezas matemáticos y problemas 16

32 lógicos) de la empresa especializada en rompecabezas Dell. No se conoce el nombre del diseñador del primer puzzle de este tipo, aunque seguramente fue Walter Mackey, uno de los diseñadores de puzzles de Dell. Posteriormente Nikoli, empresa japonesa especializada en pasatiempos para prensa, lo exportó a Japón publicándolo en el periódico Monthly Nikolist en abril de 1984 bajo el título "Suji wa dokushin ni kagiru", que se puede traducir como "los números deben estar solos" (literalmente "célibe, soltero"). Fue Kaji Maki, presidente de Nikoli, quien le puso el nombre. El nombre se abrevió a Sudoku (su = número, doku = solo); ya que es práctica común en japonés tomar el primer kanji (caracteres empleados en la ortografía japonesa) de palabras compuestas para abreviarlas. En 1986, Nikoli introdujo dos innovaciones que garantizarían la popularidad del rompecabezas: el número de cifras que venían dadas estaría restringida a un máximo de 30 y los puzzles serían "simétricos" (es decir, las celdas con cifras dadas estarían dispuestas de forma simétrica). Tras pequeñas variaciones hasta dar con la fórmula que hoy es tan popular, el Sudoku se extendió por la prensa japonesa y comenzó su salto al resto del mundo. La primera versión informatizada se registró en 1989, por obra de Loadstar Softdisk Publishing, con el nombre de DigitHunt, publicada en Commodore 64, en lo que parece la primera versión para ordenador. En 1997, Wayne Gould, juez de la Corte de Hong Kong. Durante unas vacaciones en el país nipón, encontró una revista de Sudoku, juego que tenía una enorme aceptación entre los ciudadanos japoneses. Este es el principio de la llegada del Sudoku a Europa. La oferta de publicación le llegó a The Times, en Londres, que publicó el primer pasatiempo el 12 de noviembre de Tres días después, The Daily Mail copió el juego y tras él la práctica totalidad de la prensa británica. Otra empresa de pasatiempos, Kappa, reimprimió, los Sudoku de Nikoli en Games Magazine con el nombre Squared Away. Actualmente varios periódicos norteamericanos de tirada nacional publican el puzzle en sus páginas. Incluso la compañía original, Dell, edita 2 revistas especializadas: Original Sudoku y Extreme Sudoku. Lo que está claro es que 2005 es el año del Sudoku. En verano llegó a la televisión. La primera emisión fue realizada por el canal Sky One británico. Nueve equipos con nueve jugadores cada uno. Los telespectadores también podían participar, de forma interactiva. Sin embargo el programa no tuvo el éxito esperado, poniendo en evidencia la dificultad de adaptar este pasatiempo a una emisión televisiva. Lo que si se consiguió fue hacer el Sudoku más grande del mundo, en una colina cerca de Bristol., con 84 metros de largo. (Gus Coyote, 2011,72) Este rompecabezas fue creado alrededor de 1970 no con el propósito de ser un puzle sino más bien por intentar dar solución a un cálculo de probabilidades se desconoce totalmente sobre la persona que haya hecho el primer juego de esta temática después de todo esto una empresa japonesa decide hacer uso de este rompecabezas dando como resultado algunas pequeñas confrontaciones sobre el nombre para dicho juego es por esto que por decirlo así se logró resumir a sudoku donde su significa número y doku solo, dando así el inicio de las diferentes publicaciones en periódicos y revistas empezando un nuevo pasatiempo para las personas. Valoración critica Es primordial para el desarrollo de la presente investigación tener presente todos y cada uno de los conceptos que fundamentan teóricamente las variables. Dentro del desarrollo de nuestro proyecto se encuentra los sistemas autómatas los mismos que poseen la característica de moverse razón por la cual va orientada a los sistemas de evolución secuencial, por esta característica de moverse de nuestro proyecto debemos profundizar sobre el estudio en cuanto a la física de movimiento ya que se presenta el cambio de la posición del cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia, la electromecánica es indispensable para nuestro proyecto combinando dos ciencias como la mecánica y la electrónica la funcionalidad 17

33 de todo este conjunto es para ver que energía se debe aplicar para que nuestro cuerpo se pueda mover. Una vez realizado todos estos análisis y procesos hacemos uso de la inteligencia artificial para que nuestro proyecto pueda tener la capacidad de razonar de una forma similar a la de un ser humano, para poder darle una vida artificial a nuestro proyecto implementamos lo que es la robótica y para ver finalmente su conducta junto con la prueba a fallos están los sistemas de control. El desarrollo del presente proyecto de tesis tiene con finalidad dar a conocer los diferentes dispositivos y con su respectiva configuración en el área de robótica, es con el fin de que la universidad y los estudiantes de la carrera de Sistemas, se incentiven con la investigación en esta área es por esto que realizado las investigaciones pertinentes y me he basado sobre autores que sean de fácil comprensión tanto para mí como para los estudiantes que quieran tomar como base mi proyecto para poder realizar más proyectos a futuro. Conclusiones parciales del capítulo I En el capítulo se observó el origen y progreso de los diferentes enfoques teóricos de los sistemas informáticos, especificando aspectos importantes para la elaboración de la presente propuesta, permitiendo emprender el problema y dando solución al mismo. Brinda los conocimientos teóricos necesarios que se pueden poner en práctica permitiéndonos el desarrollo tecnológico, la creatividad, diseño e implementación del proyecto dando solución al rompecabezas sudoku por medio de un dispositivo autómata como es en este caso. Ofrece a los estudiantes nuevos conocimientos tecnológicos, el cual permite que desarrollen la creatividad, diseñado e implementado dentro de la institución. 18

34 CAPÍTULO II. MARCO METODOLÓGICO 2.1. Caracterización de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes extensión Tulcán. La Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán, está ubicada en el Sector de Santa Rosa de Taques, es una institución de educación que tiene características de entidad de derecho privado y laico, con personería jurídica, autonomía administrativa y financiera, que ofrece una formación integral a sus estudiantes nacionales y extranjeros. Cuya visión es ser una institución reconocida a nivel nacional e internacional por su calidad, manteniendo entre sus fortalezas un cuerpo docente de alto nivel académico y un proceso de formación profesional centrada en el estudiante. Actualmente la universidad UNIANDES extensión Tulcán, brinda carreras debidamente abalizadas por el Senescyt tales como: Sistemas e informática Contabilidad y auditoría Derecho Enfermería Misión de la carrera de Sistemas Somos unas carrera de las Ciencias Tecnológicas, que tiene como propósito formar profesionales y emprendedores, con sólidos conocimientos en el área de las ciencias computación, para resolver problemas relacionados con el tratamiento de la información, con estricta responsabilidad social bajo una visión ética y humanística para contribuir con el desarrollo integral del país Visión de la carrera de Sistemas Ser una carrera reconocida a nivel nacional e internacional, por la calidad y competitividad de sus docentes y graduados, con alto desempeño profesional enfocado al área de computación e informática que trascienda por su relevancia en investigación y desarrollo de proyectos técnicos mediante el uso eficiente de las Ciencias de la computación en beneficio de la sociedad Descripción del procedimiento metodológico para el desarrollo de la investigación Para el proceso metodológico para el desarrollo de la investigación está en función de los siguientes elementos: 19

35 Modalidad de investigación La presente tesis de grado, adoptan las modalidades de investigación cualitativa y cuantitativa. En el paradigma cuantitativo se destacan elementos propios de la investigación de campo como: población, muestra, variables y parte de la estadística. Los datos se los obtuvo a través de encuestas aplicadas a los estudiantes de la carrera de sistemas de la universidad Uniandes. En el paradigma cualitativo se realiza un análisis de investigación teórica y síntesis de la información recopilada. Después de haberse analizado los datos obtenidos se ve la necesidad de implementar un laboratorio de robótica, el cual ayudara a los estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes de la ciudad de Tulcán a abordar nuevos conocimientos en sistemas robóticos Tipos de investigación En el desarrollo de la tesis, se emplean diferentes tipos de investigación que se detallan a continuación: Investigación bibliográfica Se realizan investigaciones basadas en libros e internet, los mismos que permiten desarrollar el marco teórico de la presente tesis. Investigación de campo En este tipo de investigación se realiza un estudio cuantitativo-cualitativo, recopilando datos y fundamentando la propuesta. Investigación aplicada Esta investigación integra la teoría con la práctica, permitiendo el desarrollo de la propuesta. Esta investigación se la encuentra en la construcción del dispositivo autómata, aplicando conocimientos adquiridos en el transcurso del nivel académico. Investigación Descriptiva Se emplea para describir el funcionamiento del robot, los manuales técnico, el de usuario y toda una serie de descripciones sobre la diseño, programación y ensamblado que constituyen al Investigación Correlacional Permite la relación entre las variables uniendo la tecnología que tiene el robot en conjunto con la teoría que se aplica para poder desarrollarlo; para optimizar la variable dependiente. 20

36 Población y muestra Población La población es objeto de investigación que comprende a dos semestres de la carrera de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes extensión Tulcán, los cuales son: Tabla Nº 01: Población ESTUDIANTES Nro. Sistemas VII 11 Sistemas IX 7 Total 18 Fuente: Listado de estudiantes de Uniandes Tulcán Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Muestra Para la presente investigación se recoge una pequeña población de 18 estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán Métodos, técnicas e instrumentos de investigación Los métodos de investigación empleados son de carácter empírico y teórico del conocimiento Métodos empíricos La investigación empírica es un modelo de investigación que se basa en la experimentación y la lógica empírica, es el más utilizado en el campo de las ciencias sociales y en las ciencias naturales. Entre los métodos empíricos de investigación, se tiene: Observación científica Este método se lo utiliza para detectar con precisión el problema de investigación y plantear la propuesta de solución al mismo. Es un elemento fundamental para obtener la mayor cantidad de información, ya que gran parte de los conocimientos se los adquiere a través de la técnica de la observación. 21

37 Validación por expertos La validación de la tesis se la realiza mediante expertos del área de sistemas, con el fin de darle una valoración cualitativa y cuantitativa al mismo Métodos teóricos A través de los métodos teóricos se definen las relaciones esenciales del objetivo de investigación, los cuales son utilizados para la compresión de los hechos y para la formulación de la hipótesis de la investigación. Entre ellos tenemos: Método analítico- sintético Este método permite el análisis y la síntesis de los elementos teóricos relacionados con la tesis de grado Método inductivo- deductivo Este método parte de estudios generales para llegar a estudios particulares o viceversa. En la presente tesis, la aplicación de este método, se basa en la elaboración del marco teórico, el mismo que se lo hace de manera deductiva y el desarrollo de la propuesta de manera inductiva Método sistémico Este método permite aplicar la teoría de sistemas de información en la elaboración y estructuración del informe final de la tesis de grado Técnicas de investigación Las técnicas para recopilación de datos son la encuesta y la entrevista. Para la encuesta se utiliza el cuestionario o test y para la entrevista se emplea la guía de entrevista. En la presente tesis de utiliza únicamente la técnica de la encuesta Encuesta Esta técnica se utiliza para adquirir información de los diversos puntos de vista de los estudiantes de la carrera de sistemas Instrumentos de investigación Cuestionario Este instrumento de investigación es un conjunto de preguntas sobre hechos o aspectos que permite obtener información oportuna y necesaria, la cual se obtuvo gracias a la colaboración de los estudiantes de la carrera de sistemas. 22

38 2.3. Interpretación de Resultados Encuesta dirigida a los estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán. Pregunta Nº 01: Piensa que la robótica es una parte fundamental para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán? Identificador SI NO Talvez Total Frecuencia Porcentaje 100% % Tabla Nº 02 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Como se observa toda población encuestada está de acuerdo en que la robótica es una parte fundamental para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas, ya que esta es una materia muy importante dentro de los sistemas informáticos la cual debería ser impartida desde el principio de la carrera. Pregunta Nº 02: Usted como estudiante de la carrera de sistemas conoce de proyectos informáticos o tesis en base a la robótica que se hayan desarrollado en la Uniandes Tulcán? Identificador SI NO Total Frecuencia Porcentaje 67% 33% 100% Tabla Nº 03 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Se observó que la mayoría de la población encuestada tienen conocimientos sobre los proyectos de robótica y pocos de ellos no conocen de que se trata o como fueron desarrollados. Con la 23

39 creación de un laboratorio en la carrera de sistemas se ayudaría a que los estudiantes puedan obtener nuevos conocimientos sobre los proyectos Pregunta Nº 03: Considera usted importante la creación de un laboratorio de robótica para la carrera de Sistemas en Uniandes Tulcán? Identificador SI NO Talvez Total Frecuencia Porcentaje 88% 6% 6% 100% Tabla Nº 04 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Observamos que la gran mayoría de la población encuestada está de acuerdo en que se implemente un laboratorio en el área de robótica, ya que contribuye con el futuro de los estudiantes y de la misma Universidad. El resto de la población piensa que es poco oportuno que se cree un la laboratorio en el área de Sistemas. Pregunta Nº 04: Le gustaría ensamblar, diseñar y programas un propio robot? Identificador SI NO Total Frecuencia Porcentaje 100% - 100% Tabla Nº 05 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Se observa que a todos los estudiantes les gustaría diseñar su propio robot ya que les permitiría dotar a la universidad de diferentes dispositivos autómatas, con esto el docente podría utilizar el robot como una herramienta educativa de aprendizaje, para impartir los conocimientos en diseño y programación de una forma más técnica. Pregunta Nº 05: Tiene conocimientos sobre la funcionalidad o la programación necesaria para poder poner en práctica sobre un robot? 24

40 Identificador SI NO Total Frecuencia Porcentaje 50% 50% 100% Tabla Nº 06 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos La mitad de los estudiantes encuestados dicen tener conocimientos necesarios y la otra mitad dicen no tener los conocimientos necesarios de que programación se utiliza para los proyectos de robótica, es preciso que se incentive a los estudiantes con un laboratorio, para que con sus capacidades puedan desarrollar un robot a través de la programación y los actuales conocimientos tecnológicos. Pregunta Nº 06: Cómo estudiante de la carrera de sistemas le gustaría que se aplique conocimientos de robótica e inteligencia artificial para la elaboración de sistemas robóticos? Identificador SI NO Total Frecuencia Porcentaje 94% 6% 100% Tabla Nº 07 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Se observa que la mayoría de los estudiantes encuestados están de acuerdo en que la carrera de sistemas aplique conocimientos de robótica e inteligencia artificial en la creación de robots, ya que así se obtiene nuevos conocimientos tecnológicos y los estudiantes se incentivan en realizar un robot como tesis de grado, aplicando los conocimientos aprendidos a lo largo de la carrera. Pregunta Nº 07: Con la elaboración del robot para solución del rompecabezas sudoku cree usted que se contribuirá con el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán? 25

41 Identificador SI NO Total Frecuencia Porcentaje 100% - 100% Tabla Nº 08 Fuente: Investigación de Campo Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Análisis e interpretación de datos Se observa que todos los estudiantes encuestados si creen en que la elaboración del robot para solución del rompecabezas sudoku contribuirá con el desarrollo de aplicaciones tecnológicas, utilizando estrategias integradoras para la enseñanza y el aprendizaje de los estudiantes, y sirve de ayuda a los docentes para poder incrementar más dispositivos en proyectos de tesis además de que en un futuro podrían ser presentados en casas abiertas fuera y dentro de la institución. Conclusiones de resultados De acuerdo a los resultados obtenidos de las encuestas realizadas es muy favorable poder realizar este tipo de tesis ya que se contribuye al desarrollo de aplicaciones tecnológicas y a la vez dar paso a la creación de un laboratorio de robótica dentro de la institución logrando con esto implementar los dispositivos desarrollados dentro de la misma Metodología del desarrollo del dispositivo autómata programado de solución de sudoku Análisis/diseño El objetivo es desarrollar el diseño arquitectónico de los sistemas, utilizando los requerimientos obtenidos. El diseño arquitectónico se engloba dos componentes: los datos y los procesos, los cuales serán analizados y diseñados desde una perspectiva conceptual a una física. El análisis es un conjunto o disposición de procedimiento o programas relacionados de manera que juntos forman una sola unidad. Un conjunto de hechos, principios y reglas clasificadas y dispuestas de manera ordenada mostrando un plan lógico en la unión de las partes. En el diseño se define el proceso de aplicar ciertas técnicas y principios con el propósito de definir un dispositivo, un proceso o sistema, con suficientes detalles como para emitir su interpretación y realización física. Se encuentra 4 actividades: 26

42 Analizar y diseñar procesos: En las operaciones del negocio y los requerimientos de funcionamiento, se toma en cuenta el propósito de determinar la forma en que debe funcionar el sistema. Analizar y diseñar los datos: Con los requerimientos de información se debe organizar los distintos modelos de datos que nos ayudan a diseñar la base de datos que hagan falta para que el sistema funcione de acuerdo al modelo de funcionamiento. Diseñar y organizar los componentes físicos: Todo componente físico como plantilla, base de datos hacen posible la función del sistema de acuerdo al modelo de funcionamiento. Planificar el desarrollo de los componente físicos: Actividad en la cual planificamos la forma en que pueden ser construidos e implementados los componentes físicos de una forma rápida y productiva Construcción Dentro de esta fase de construcción existen diferentes actividades: Dentro de infraestructura: Se desarrolla y organiza la infraestructura que permite cumplir las tareas de construcción en la forma más productiva posible. Adaptación de paquetes: Cada componente del paquete será revisado en forma exhaustiva por el equipo analista- usuario, con el fin de conocer y comprender todos los aspectos del paquete. Desarrollo de unidades de diseño interactivas: Las unidades de diseño interactivas, son procedimientos que se cumplen o se ejecutan a través de un dialogo usuario/ sistema. Desarrollo de unidades de diseño manuales: Incluyen las tareas que se ejecutan en forma manual que se incluyen dentro de los procedimientos administrativos. Las actividades tienen como objetivo central del desarrollo todos los procedimientos administrativos que rodean y gobernarán la utilización de los componentes computarizados desarrollados en la fase de diseño detallado y construcción Implementación En esta fase una vez implementado el dispositivo se procederá a programar en Lego EV3, este una vez se encargara de controlar el cerebro lo cual permitirá realizar diferentes ejecuciones a través de los sensores y los servomotores instalados en el robot Pruebas En esta fase, las diferentes unidades de diseño han sido desarrolladas y probadas por separado. Durante su desarrollo, el sistema se emplea de forma experimental para asegurar que el software 27

43 no falle y funcione de acuerdo a sus especificaciones de la manera que los usuarios esperan que lo haga. Para evaluar el desenvolvimiento del sistema, en esta fase se llevan a cabo varios niveles de prueba. Funcionalidad: Prueba desde el punto de vista de los requerimientos funcionales De sistema: Prueba desde los niveles de calidad del sistema y de desempeño. De integración: Prueba de interfaces 2.5. Conclusiones parciales del capítulo II Este capítulo describe la metodología empleada, los tipos de investigación utilizados y los diferentes métodos, técnicas e instrumentos aplicados, los cuales son de gran importancia para la elaboración del diagnóstico y la propuesta de investigación. Se aplica la integración de ambos paradigmas que explican la esencia paradigmática metodológica entre lo cuantitativo y lo cualitativo, la modalidad cualitativa se caracteriza por la aplicación de los métodos teóricos, mientras que la modalidad cuantitativa aplica métodos empíricos de recolección de información y de interpretación mediante modelos matemáticos estadísticos en los cuales se ha utilizado tablas para el análisis e interpretación de resultados. En lo referente a las encuestas realizadas a estudiantes de los niveles superiores de la carrera de sistemas, el 100% destaca la importancia de elaborar un dispositivo autómata programado que permita solucionar el rompecabezas sudoku, y la necesidad de implementar un laboratorio de robótica que contribuya al avance en la investigación tecnológica. 28

44 CAPÍTULO III. DESARROLLO DE LA PROPUESTA 3.1. Título de la Propuesta. Robot autómata programado de resolución del rompecabezas matemático sudoku Objetivo de la Propuesta Contribuir con el desarrollo tecnológico e investigativo para la elaboración del dispositivo partiendo desde el análisis del sistema electrónico hasta llegar a cumplir la meta Caracterización de la Propuesta La propuesta está orientada a la implementación de un robot autómata programado de solución del sudoku que contribuya en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas de Uniandes Tulcán. La presente investigación se basa en desarrollar y programar una plataforma robótica, que pueda ser capaz de realizar actividades a través de la inteligencia artificial aplicando robótica, para ello se realizará el ensamblaje de un robot autómata programado de solución del sudoku el cual pueda detectar formas graficadas en papel, enviar por medio del receptor la información capturada a la aplicación, para su posterior procesamiento y ejecución de la actividad. La finalidad de esta propuesta es mejorar esta área en la carrera de Sistemas de la Universidad con el propósito de que esta aplicación informática y todos los dispositivos físicos y equipos necesarios para su funcionamiento se desarrollen y se implementen en beneficio de estudiantes, docentes y la comunidad. De esta manera se cumple con uno de los propósitos principales de la carrera de Sistemas, el cual es innovar tecnológicamente e investigar soluciones y alternativas que aplicadas al medio educativo, den solución a problemas con ideas prácticas. En definitiva la realización de la propuesta conlleva a promover que en el futuro otras generaciones de estudiantes se motiven y estén dispuestos a incursionar en el campo de la robótica, logrando de esta manera que la Universidad en sus áreas de enseñanza técnica se afiance aún más. 29

45 3.4. Desarrollo detallado de la propuesta Análisis Problema Requerimiento Bajo desarrollo investigativo. Realizar investigación preliminar para la determinación de los requerimientos del sistema actual. Conocimiento general de robótica Profundizar más sobre el tema de la Robótica. No existe un laboratorio de robótica Ensamblar dispositivos aplicando conocimientos requeridos para poder disponer un laboratorio de robótica dentro de la Universidad. Tabla Nº 09 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Diseño En esta fase se muestra los elementos físicos del sistema actual. Grafica Nº1 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Especificaciones Técnicas del Hardware y Software utilizado EV3. La plataforma robótica que se utilizó para desarrollar esta investigación es el Lego Mindstorms EV3. 30

46 Componentes de EV3 Características de Hardware Procesador ARM9 con memoria Flash de 16 MB, 64 MB de RAM y memoria ampliable con tarjetas mini SD hasta 32 GB. Nuevo puerto USB 2.0 para dispositivos opcionales: llave WiFi, WebCam, etc. Posible conectar en daisy-chain hasta 4 ladrillos por los puertos USB y programarlos todos como si fueran uno sólo. 4 puertos para sensores y 4 puertos para servomotores Ladrillo inteligente con pantalla más grande y altavoz mucho más potente. Interfaz adicional de botones, con iluminación trasera, para indicar todos los posibles estados. Requiere 6 pilas AA o la batería de 2050 MHz y cargador opcionales 3 Interactivos Servo Motores: 2 grandes y 1 mediana, ambos tienen codificadores. 1 sensor de toque Diagrama del robot autómata programado de solución del sudoku Hardware Grafica Nº2 Fuente: 1. Cerebro 2. Servomotores 3. Partes para la conexión del dispositivo 4. Cables para la conexión 5. Sensor RGB 6. Articulaciones para movimiento 31

47 7. Sensor infrarrojo El Robot contiene una estructura interna que es la encargada de darle forma y sostener sus componentes, la cual está constituida por numerosos materiales, como plástico, metales, para la construcción del robot hay que tener en cuenta puntos importantes que son: Cerebro. El circuito principal o de control es el cerebro del robot, el cual está formado por componentes electrónicos; este robot va a realizar la simulación de movimientos mediante varios tipos de sensores. Las tarjetas electrónicas implementan el sistema que administra los periféricos de entrada y salida a controlar, en estas tarjetas se ubican los microcontroladores y dentro de estas los programas ejecutables que se encargan de procesar la información del mundo exterior que a la vez son proporcionados por los diferentes sensores implementados en el Robot. Este cerebro es de modelo EV3, que contiene 8 puertos en los cuales van conectados los diferentes sensores, así como también los servomotores para que de esta manera puedan transmitir la información necesaria al cerebro y así procese la información requerida y permita que el robot realice los respectivos movimientos. Grafica Nº3 Fuente: Elaborado por: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Una vez que se conoce el tipo de cerebro que está encargado de guardar y procesar las líneas de comandos programadas; se procede a ensamblarlo, se puede ver cómo está incorporado en el robot; el cerebro controla todos los movimientos ejecutados por los programas guardados en el mismo. 32

48 Cables de conexión al cerebro principal Mediante los cables se conectarán los servomotores y sensores con el cerebro central del robot el cual es el encargado de controlar el dispositivo. Grafica Nº4 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Esqueleto. El esqueleto es el que soporta todos los componentes electrónicos del robot; los cuales tienen sus respectivas características como son el tamaño, peso y flexibilidad para poder adaptar todos los elementos con los cuales está conformado el robot. Es así que el esqueleto principal es de material plástico, como la mayoría de los elementos a implantar, lo cual le da al robot un menor peso para que tenga más movilidad y pueda realizar los movimientos requeridos, pero a la vez puede soportar otras partes o piezas. Partes para la conexión del dispositivo Grafica Nº5 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo 33

49 Estas partes permiten la conexión de cada una de las extremidades actuadoras del robot, así como el ajuste necesario de cada uno de sus accesorios. Finalmente se procede a ensamblar todas las partes del robot. Extremidades. Las extremidades tanto superiores como inferiores, permiten al robot realizar los movimientos solicitados, así como también permite el desplazamiento mediante las ruedas que posee; en el desarrollo del presente robot se van a utilizar ruedas para el desplazamiento y servomotores para el movimiento; La energía necesaria para mover el dispositivo, será proporcionada por 6 baterías AA. Articulaciones para movimiento Estas piezas son muy pequeñas pero de vital importancia ya que permiten conectar y ajustar todas las partes del robot y a la vez le dan movilidad. Grafica Nº6 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo Grafica Nº7 Fuente: Lisseth Nathaly Mier Montalvo 34

50 Servomotores Los servomotores permiten la movilidad del robot; es decir, el robot tendrá movimiento y podrá desplazarse, ya que son una de las partes fundamentales para que el robot tenga movilidad. Grafica Nº8 Fuente: Estos servomotores permiten la movilidad del dispositivo los cuales están conectados mediante los respectivos cables de conexión al cerebro principal para ejecutar las respectivas instrucciones programadas. Sentidos. Los sentidos o sensores se colocan estratégicamente sobre la estructura del robot, y estos son: sensor de infrarrojos, sensor de color, sensor de contacto, los cuales facilitaran al cerebro la información necesaria para la realización de los movimientos respectivos de acuerdo a las condiciones del entorno. Las tareas encomendadas al robot se desarrollan en un entorno en el que algunas características físicas van a determinar el comportamiento del mismo. Para determinar y medir dichas características se precisa de sensores adecuados, por tal motivo se incluyen varios tipos de sensores, que transmitirán la información al cerebro para que este procese y determine las acciones a realizar, dichas acciones consisten en el control de una serie de dispositivos actuadores que determinaran el trabajo o movimiento adecuado el cual va a realizar el robot. Sensor de infrarrojos Este sensor detecta objetos cercanos y movimientos; si comparamos este sensor con los sentidos humanos, equivale a los ojos del robot. 35

51 Grafica Nº9 Fuente: Una vez conocido este tipo de sensor se procede a armarlo con todas las piezas necesarias para que reconozca objetos cercanos. Sensor de color RGB Este sensor permite reconocer diferentes colores y mediante el reconocimiento ejecutar una instrucción determinada. Grafica Nº10 Fuente: Sensor de Contacto Este sensor permite realizar la ejecución de una instrucción determinada mediante el contacto o choque con el medio ambiente. 36

52 Grafica Nº11 Fuente: Características de Software SO Linux muy hackeable, con licencia Open Source Bluetooth 2.1 Nuevas medidas distancia IR Buscador Sensor de objetos y se puede utilizar para detectar la dirección del IR Beacon. Nueva IR Beacon controla remotamente robot de hasta 6 metros de distancia; que utiliza el IR Buscador un receptor en ese caso. Mejor sensor, detecta 6 colores Diagrama general de configuración del dispositivo Grafica Nº12 Fuente: 37

53 Barra de herramientas presente en el software EV3. Grafica Nº13 Fuente: https://ruedaprada.wordpress.com/ Aquí se pueden destacar la barra de herramientas del programa y la ventana de programas conjuntamente con las herramientas del lenguaje G. Herramientas de Acción.- En esta barra se muestran todas las opciones de movimiento de servo motores y su respectiva configuración. Grafica Nº14 Fuente: Herramientas de Control de Flujo.- Se muestran todas las herramientas de repetición como la de case, while, repeat, etc. Grafica Nº15 Fuente: 38

54 Sensores.- Se muestran las herramientas que permiten controlar los diferentes sensores del robot, como son: sensor de luz, sensor de color, sensor de contacto, sensor de ultrasonidos, sensor infrarrojo, etc. Grafica Nº16 Fuente: Herramientas para Operaciones con Datos.- Se muestran todas las herramientas para realizar las diferentes operaciones en donde intervienen datos. Grafica Nº17 Fuente:http://lss799.yourfdownloader.net/j5g1rw3xu1pr2arrbzw9jmnt+cp7rr04yquvimnlljpqpmg 9q6aifvkn0g4e6srxg+rfuqrgih5ujzlsc9gxrwvzmfeykxspkjf/icocllboigfmngzw6alwzp8/nrm1pwbm 9aktg70scf7aandc11noxcitrerfe1atzbvfz8caxxru7uunz/rncprjhiom71akpp4poqdjkjlyq24vt+0tdkef yvhtigbf8zhosm2bblos0z8risumqiqkwlmv21rhxkbcsjj1roubrh7zmqtnpgxk5agzt7l5ka/pnfcwqslw3 /xhpyx12slevsfrgfjarib/0e/llptdm8aldsad9rf2jaq= Herramientas de Control Avanzado.- Se muestran las herramientas para procesos avanzados, como son: control mediante Bluetooth, WiFi, Infrarrojos, etc. 39

55 Grafica Nº18 Fuente: En la siguiente imagen se muestra el gráfico del programa que permite trabajar con el sensor de color y los servos motores en un ejemplo práctico. Grafica Nº19 Fuente: Construcción Para la elaboración de nuestro proyecto lo primero que realizamos es confeccionar una carrocería uniendo largas piezas de lego paralelas con orificios por medio de otras piezas que conectan superiormente. Los orificios de las piezas largas paralelas sirven para que el eje de rotación de las ruedas pase por entre medio. En la parte trasera el eje conecta con un motor, el cual está sostenido por las piezas que conectan transversalmente las dos iniciales con orificios. En la parte frontal se elevan piezas sobre otras conectoras con las dos iniciales. Las piezas elevadas cumplen la función de sostener el sistema de riel que mueve al sensor de color lateralmente gracias al motor que está sostenido allí. El sistema de ruedas permite que con un 40

56 sólo motor se pueda mover el robot frontalmente, facilitando el cambio de filas en el escaneo del sudoku, mientras que el sistema de riel moverá al sensor lateralmente para así leer cada cuadrado de la fila. Grafica Nº20 Fuente:http://roboticamaselectronica.blogspot.com/2008_04_01_archive.html Utiliza un engranaje conectado a una pieza dentada para movilizar el sensor de color lateralmente. Esto le permite escanear una fila del sudoku. Luego utiliza el motor trasero para retroceder, cambiar de fila y continuar el proceso de escaneo. En la imagen también se puede observar una base que se construye para el sudoku., está permite mantener el sudoku estirado y acercarlo a el sensor de luz, reduciendo considerablemente los errores de medición. Grafica Nº21 Fuente: 41

57 Analiza el rompecabezas sudoku utilizando un sensor de luz. Se calcula la solución al rompecabezas y luego escribe los dígitos. Exploración En primer lugar, se realiza un análisis rápido para determinar qué celdas están vacías. Se extiende por el sensor de la luz sobre el rompecabezas sudoku mientras lee continuamente los valores de los sensores. Cada celda que no está vacía es tratada. Una imagen del dígito se crea mediante el escaneo de la línea celular por la línea mover el robot hacia delante un poco para cada línea. Umbral La imagen escaneada es muy borrosa. Para que sea más fuerte la imagen se transforma en una imagen binaria blanco y negro. Cada píxel con un valor por debajo de un valor umbral se establece en negro. Y el resto de los píxeles se establecen en blanco. Los valores del sensor de luz están muy cerca entre sí y los valores globales se ven afectados por la luz, la distancia entre la superficie y el sensor y así sucesivamente circundante. El valor de umbral se calcula aplicando un algoritmo automático llamado el Método Otsu. Segmentación: La imagen binaria puede tener más de un segmento. Puede tener píxeles no pertenecientes al dígito. El segmento central se encuentra y se eliminan otros segmentos. Adelgazamiento: La imagen se convierte en líneas de ancho de 1 píxel con un algoritmo de adelgazamiento. Extracción de Características: Ahora los dígitos se clasifican mediante la extracción de algunas características de ellos: Anchura del dígito Número de recomendaciones Posición y dirección de consejos Por ejemplo un dígito con una sola punta que está apuntando a la derecha está clasificado como 6. Para la eliminación de los números se toman en cuenta 3 criterios: Criterio de subcuadro del sudoku: No pueden existir más de un número fijo por subcuadro por lo que se eliminan todos los números variables iguales al número fijo. 42

58 Criterio horizontal: El robot analiza el subcuadro de al lado eliminando los números variables que estén en la misma fila del número fijo y en caso de que en la columna de arriba o de abajo dependiendo de la posición del número fijo ya exista solo un número fijo, el número variable se cambia de categoría a número fijo, de lo contrario no habrán cambios en la matriz. Criterio vertical: El robot analiza el subcuadro de abajo o de arriba, eliminando los números variables que estén en la misma columna del número fijo y en caso de que en la columna de la izquierda o la derecha dependiendo de la posición del número fijo exista solo un número fijo, el número variable se cambia de categoría a número fijo, de lo contrario no habrán cambios en la matriz. El robot repetirá el algoritmo de resolución hasta que todos los números de la matriz sean fijos. Posteriormente, el sudoku se grafica resuelto en la pantalla del robot. Grafica Nº22 Fuente: Una vez realizado el robot se procede a programarlo para lo cual se utiliza el software llamado EV3, que se encarga de controlar el cerebro para realizar las diferentes ejecuciones de los comandos para que pueda ejecutarlas mediante los sensores instalados en el robot. A continuación se procede exponer el código de programación que permite resolver el sudoku, para ver cómo se ejecutan las secuencias de comandos programados para los respectivos movimientos del robot. 43

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