BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

Transcripción

1 Programa Educativo (PE): Ingeniería en Ciencias de la Computación Área: Interacción Humano-Computadora Programa de Asignatura: Introducción a la robótica Código: ICCM-607 Créditos: Total 5 Fecha: Julio de

2 1. DATOS GENERALES Nivel Educativo: Licenciatura Nombre del Programa Educativo: Ingeniería en Ciencias de la Computación Modalidad Académica: Mixta Nombre de la Asignatura: Introducción a la Robótica Ubicación: Correlación: Asignaturas Precedentes: Asignaturas Consecuentes: Formativo Graficación 2

3 Conocimientos: Reconocer la importancia que tienen los conceptos fundamentales del álgebra lineal y la geometría analítica en las graficas por computadora. Relacionar las transformaciones de cuerpo rígido con el modelado del movimiento de cuerpos 3D. Recordar las estructuras de datos básicas en el modelado de objetos 3D. Habilidades: Conocimientos, habilidades, actitudes y valores previos: Ser capaz de modelar cadenas cinemáticas utilizando las transformaciones homogéneas. Aplicar los conocimientos adquiridos en los cursos de graficación, programación y matemáticas a la robótica. Identificar las problemáticas de la robótica comunes a las ciencias de la computación. Actitudes: Ser flexible para la adopción de nuevos conocimientos y tecnologías que mezclan elementos de hardware y software. Ser flexible para la apropiación de nuevas tendencias en la robótica. Interés hacia la innovación de tecnologías. Valores Previos: Interés por conocer las áreas de oportunidades en la robótica. Comprometerse con la actualización de las tendencias y herramientas aplicadas a la robótica. 3

4 2. CARGA HORARIA DEL ESTUDIANTE Concepto Horas teoría y práctica Actividades bajo la conducción del docente como clases teóricas, prácticas de laboratorio, talleres, cursos por internet, seminarios, etc. (16 horas = 1 crédito) Horas de práctica profesional crítica. Servicio social, veranos de la investigación, internado, estancias, ayudantías, proyectos de impacto social, etc. (50 horas = 1 crédito) Horas de trabajo independiente. En donde se integran aprendizajes de la asignatura y tiene como resultado un producto académico ejem. exposiciones, recitales, maquetas, modelos tecnológicos, asesorías, ponencias, conferencias, congresos, visitas, etc. (20 horas = 1 crédito) Horas por periodo Teorías Prácticas Total de horas por periodo Total Número de créditos 3. REVISIONES Y ACTUALIZACIONES Autores: Etelvina Archundia Sierra Mariano Larios Gómez Abraham Sánchez López Marcela Rivera Martínez Iván Olmos Pineda Luis René Marcial Castillo Manuel Martín Ortiz Luís Carlos Altamirano Robles Martín Orato Ramírez Fecha de diseño: 14 de Julio, 2009 Fecha de la última actualización: Revisores: Sinopsis de la revisión y/o actualización: Abraham Sánchez López Mariano Larios Gómez Graciano Cruz Almanza Se diseño un nuevo contenido para la materia de Introducción a la Robótica, sólo considerando aquellos elementos pertinentes a los estudiantes de Ingeniería en Ciencias de la Computación. 4

5 4. PERFIL DESEABLE DEL PROFESOR (A) PARA IMPARTIR LA ASIGNATURA: Disciplina profesional: Nivel académico: Experiencia docente: Experiencia profesional: Ciencias de la Computación Maestría 2 años 2 años Nota: se consideran la disciplina profesional que debe tener, el grado académico, la experiencia disciplinaria y docente, las asignaturas que debe haber impartido y la formación o capacitación docente/disciplinaria que se juzgue adecuada. 5. OBJETIVOS: 5.1 Educacional: Este curso desarrollará en el alumno una visión global y actualizada de los principales campos relacionados con la robótica, así como las áreas de oportunidades que existen para los ingenieros en ciencias de la computación. 5.2 General:. Ser capaz de poder simular los movimientos de cualquier tipo de robot, haciendo énfasis en los aspectos de la cinemática de estos. 5.3 Específicos: 1. Presentar un panorama actualizado de la robótica, haciendo énfasis en las oportunidades y retos que el área exige. 2. Realizar una revisión de las herramientas matemáticas para la localización espacial de cuerpos rígidos y/o articulados, mostrando ventajas y desventajas de ellas. 3. Conocer las diferentes metodologías de resolución de los problemas en la cinemática directa e inversa. 4. Reconocer la importancia de la planificación de movimientos en la búsqueda de la autonomía de los robots. 5

6 6. MAPA CONCEPTUAL DE LA ASIGNATURA: 6

7 FACULTAD EN CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN 7. CONTENIDO Unidad 1. Introducción a la robótica Objetivo Específico Conocer la problemática y los alcances de la robótica, así como los diferentes tipos de robots y las partes que los conforman Contenido Temático/Actividades de aprendizaje 1.1 Desarrollo histórico 1.2 Anatomía del robot. 1.3 Las cuatro configuraciones de los robots 1.4 Componentes de un sistema robotizado 1.5 Especificaciones de un robot. 1.6 Anatomía del robot 1.7 Sistemas de impulsión 1.8 Clasificación de los robots basada en el sistema de control Básica G. Bekey, R. Ambrose, V. Kumar, et. al. Robotics: State of the art and future challenges, Imperial College Press, J. J. Craig. Introduction to robotics: Mechanics and control, 3 rd Edition, Pearson Education, Bibliografía Complementaria Artículos relacionados con el area de robótica de la IEEE ( 7

8 FACULTAD EN CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN Unidad 2. Herramientas matemáticas para la localización espacial Objetivo Específico Relacionar los conceptos básicos del algebra lineal y geometría analítica en la generación del movimiento de los robots Contenido Temático/Actividades de aprendizaje 2.2 Representación de la posición Sistema cartesiano, polar, cilíndrico y esférico. 2.2 Representación de la orientación. 2.3 Matrices de rotación. 2.4 Ángulos de Euler 2.5 Cuaterniones 2.6 Matrices de transformación homogénea. 2.7 Coordenadas y matrices homogéneas. 2.8 Composición de matrices homogéneas. 2.9 Relación y comparación entre los distintos métodos. Básica M. W. Spong, S. Hutchinson. M. Vidyasagar. Robot modelling and control, John Wiley and Sons, Inc, Bibliografía Complementaria J. J. Craig. Introduction to robotics: Mechanics and control, 3 rd Edition, Pearson Education,

9 FACULTAD EN CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN Unidad 3. Cinemática del robot Objetivo Específico Conocer las diferentes técnicas que permiten la generación de movimientos en los robots Contenido Temático/Actividades de aprendizaje 3.1 Cinemática directa Mediante matrices de transformación Mediante Denavit- Hartenberg Mediante el uso de cuaterniones 3.2 Cinemática inversa Mediante métodos geométricos Mediante matrices de transformación homogénea 3.3 Matriz Jacobiana 3.4 Ejemplos de la cinemática de robots móviles, manipuladores y humanoides Básica J. J. Craig. Introduction to robotics: Mechanics and control, 3 rd Edition, Pearson Education, Bibliografía Complementaria H. Choset, K. M. Lynch, S. Hutchinson, et al. Principles of robot motion : Theory, algorithms and implementations, The MIT Press,

10 FACULTAD EN CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN Unidad 4. Introducción a la planificación de movimientos Objetivo Específico Conocer los algoritmos y técnicas que permiten la planificación de movimientos libres de colisión a los robots Contenido Temático/Actividades de aprendizaje 4.1 Aspectos de la planificación de movimientos 4.2 El problema básico 4.3 Formulación del espacio de configuraciones 4.4 Enfoques de planificación (roadmap, descomposición de celdas, campos potencial) 4.5 Otros métodos de planificación (RRT, PRM) 4.6 Extensiones al problema básico de planificación de movimientos Básica H. Choset, K. M. Lynch, S. Hutchinson, et al. Principles of robot motion : Theory, algorithms and implementations, The MIT Press, S. M. LaValle. Planning algorithms, Cambridge University Press, Bibliografía Complementaria J. C. Latombe. Robot motion planning, Kluwer Academic Publishers, Nota: La bibliografía deberá ser amplia, actualizada (no mayor a cinco años) con ligas, portales y páginas de Internet, se recomienda usar los criterios del APA para referir la bibliografía. 1

11 FACULTAD EN CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN 8. CONTRIBUCIÓN DEL PROGRAMA DE ASIGNATURA AL PERFIL DE EGRESO Unidad 1. Conceptos Básicos Conocer los diferentes tipos de robots, así como sus diferentes arquitecturas y anatomías. 2. Herramientas matemáticas para la localización espacial. Perfil de egreso (anotar en las siguientes tres columnas a qué elemento(s) del perfil de egreso contribuye esta asignatura) Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Identificar el tipo de problemas Proponer soluciones basadas que pueden resolverse con la en los principios de la robótica robótica Identificar las herramientas matemáticas y estructuras para resolver problemas de la robótica 3. Cinemática del robot. Conocer los conceptos de la cinemática en la robótica 4. Introducción a la planificación de movimientos. Conocer los métodos aplicados a la planificación de movimientos en la robótica Identificar los problemas de localización espacial de robots y proponer estrategias de solución. Analizar y aplicar la cinemática a las diferentes anatomías de robots. Analizar y aplicar los métodos de planificación de movimientos de robots Tener iniciativa para plantear nuevas herramientas a la solución de problemas espaciales. Proponer herramientas que permitan simular los movimientos de cualquier tipo de robot. Proponer soluciones adecuadas y de ser necesario innovadoras para la planificación de movimientos en la robótica. 1

12 9. ORIENTACIÓN DIDÁCTICO-PEDAGÓGICA. (Enunciada de manera general para aplicarse durante todo el curso) Estrategias a-e Técnicas a-e Recursos didácticos - Análisis de casos (individual / grupal): análisis de los Salón de clase problemas planteados, - Pizarrón identificando la problemática - Plumones principal a resolver, así como - Proyector de video sus posibles soluciones - Computadora - Debate: exposición de ideas para la solución de un Kit de Robots problema - Demostración: argumentación Acceso a bibliotecas sólida que demuestre que una solución planteada es correcta Acceso a Internet - Cuadros sinópticos: síntesis de información - Comparación: enfocada a realizar comparaciones entre dos o más técnicas diferentes que resuelvan un mismo problema, con la finalidad de seleccionar las más adecuadas para el problema planteado - Lluvia de ideas: intercambio de ideas o propuestas para la solución de un problema Trabajo colaborativo: actividades enfocadas a desarrollar el trabajo en equipo para la solución de problemas ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE: De las lecturas sugeridas por el profesor, realizar lo siguiente: - Análisis - Síntesis de lo más importante - Comparaciones Investigaciones: realizar investigaciones de trabajos recientes (artículos científicos), de los cuales se deberá de realizar lo siguiente: - Análisis - Síntesis de lo más importante - Ventajas y desventajas de la técnica(s) propuestas - Conclusiones Análisis de casos y proyectos: al plantearse un problema, se deberá de realizar: - Un análisis del problema planteado - Identificar si el problema planteado es susceptible a ser resuelto con técnicas de la robótica - Exponer una propuesta de solución al problema planteado, justificándola. - Analizar las ventajas y desventajas de su propuesta planteada Exposición de trabajos de investigación o proyectos: al exponer un trabajo de investigación o proyectos, se deberá de contemplar - Un planteamiento claro del 12

13 Estrategias a-e Técnicas a-e Recursos didácticos problema a atacar - Una exposición clara y consistente de la estrategia planteada para la solución del problema - Si es que aplica, un análisis de resultados con diferentes instancias del problema, para poder medir la eficiencia de la solución planteada - Conclusiones del trabajo realizado ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA: - Recordatorio de los temas y conceptos previos al inicio de cada sesión - Exposición de los objetivos de cada tema - Relación de los temas con ejemplos / problemas del mundo real mediante actividades de aprendizaje - Evaluación mediante rúbricas para los aprendizajes significativos - Inducción de lecturas, investigaciones, trabajo colaborativo para los diferentes temas vistos en clase - Desarrollo de proyectos que contemplen la implementación de los conceptos aprendidos en clase Nota: ver glosario 13

14 10. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Criterios Porcentaje Exámenes 20% Participación en clase Tareas 20% Exposiciones 10% Simulaciones Trabajos de investigación y/o de intervención 10% Prácticas de laboratorio 20% Visitas guiadas Reporte de actividades académicas y culturales Mapas conceptuales Portafolio Proyecto final 20% Otros Total 100% Nota: Se refiere a lo que se evaluará del proceso A-E, considerando sus finalidades, la información y las consecuencias que se derivan de este proceso, los resultados, los momentos, las orientaciones, las técnicas y los instrumentos, todo esto nos conducirá al diálogo y reflexión sobre el aprendizaje del grupo. Los porcentajes serán establecidos por la academia de acuerdo a los objetivos de cada asignatura. 11. REQUISITOS DE ACREDITACIÓN Estar inscrito oficialmente como alumno del PE en la BUAP Haber aprobado las asignaturas que son pre-requisitos de ésta Aparecer en el acta El promedio de las calificaciones de los exámenes aplicados deberá ser igual o mayor que 6 Cumplir con las actividades propuestas por el profesor Nota: Describe los requisitos que el estudiante debe cumplir para acreditar la materia. 14