ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR

Transcripción

1 ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR Material para el Docente Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

2 Presentación... 3 Ámbito... 3 Propósito... 4 Contenidos... 4 Orientaciones didácticas... 4 Actividad 1. Introducción a la Robótica y Automatización... 7 Actividad 2. Electrónica y energía para robots... 9 Actividad 3. Entrada de Datos, Sensores y Comunicación Actividad 4. Proceso de Datos, Acción y reacción Actividad 5. Salida de pulsos, Motores y luces Actividad 6. Principios de Programación y Lenguajes Actividad 7. Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots...17 Actividad 8. Implementación de Solución Automatizada Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

3 PRESENTACIÓN CLUB ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR - SECUNDARIA La automatización forma parte de nuestra vida cotidiana y seguirá incrementando sus aplicaciones a la par que mejoren tanto dispositivos como códigos de programación. Estudiar robótica implica la posibilidad de crear nuevas soluciones además de atender los dispositivos ya implementados en forma industrial o doméstica en campos tan diversos como deportes, educación, arte, domótica, medicina, seguridad, etc. La presente propuesta de este taller de robótica lleva de la mano teoría y práctica de manera que estudiar teoría tenga sentido práctico y utilidad en la vida cotidiana, así la selección de materiales de estudio son específicos de las piezas electromecánicas a utilizar en los dispositivos a armar. En cuanto a la creación de códigos de programación nuestro método es facilitar el código base con el que funciona el dispositivo construido y el estudiante deberá manipular variables y comandos para adecuar el funcionamiento a sus necesidades. El curso está compuesto de 8 módulos de 8 Periodos lectivos cada uno, de las cuales 4 son presenciales y 4 a distancia. Durante los cuatro Periodos lectivos presenciales estudiamos los aspectos teóricos de los dispositivos e iniciamos con la construcción de un dispositivo automatizado. Periodos lectivos por módulo Módulos Presenciales En línea Teoría Práctica Teoría Práctica La evaluación es mediante un examen que requiere la explicación de cada instrucción de código de programación del dispositivo correspondiente al módulo así como de cada pieza del aparato construido en cada módulo. ÁMBITO Nuevos Contenidos Relevantes 3 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

4 PROPÓSITO Introducir y formar estudiantes con fundamentos prácticos de diseño, construcción, programación y manipulación de sistemas automatizados y robóticos que mejores nuestra calidad de vida. Metodología: Trabajo por proyectos. CONTENIDOS Módulo Tema Periodos lectivos I Introducción a la Robótica y Automatización. 2 II Electrónica y energía para robots. 2 III Entrada de Datos, Sensores y Comunicación. 4 IV Proceso de Datos, Acción y reacción. 4 V Salida de pulsos, Motores y luces. 4 VI Principios de Programación y Lenguajes. 8 VII Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots. 8 VIII Implementación de Solución Automatizada 8 ORIENTACIONES DIDÁCTICAS El docente que desarrolle las actividades aquí propuestas requiere los conocimientos previos que practicó cuando estudió secundaria, es decir que no requiere estudios de ingeniería sino conocimientos básicos del flujo de electricidad que estudiamos en la asignatura de ciencias física o física elementa además de saber seguir instrucciones que ha sido necesario desde el inicio de la educación básica, más allá de estos conocimientos y habilidades lo necesario para armar y programar robots el docente lo aprenderá fácilmente en este curso ya que las instrucciones para el armado son sumamente fáciles de seguir y los códigos se proveen para que los dispositivos funcionen con solo descargarlos. A lo anterior debemos sumar la habilidad docente para propiciar el trabajo en equipo, el trabajo por proyectos, fomentar la innovación mediante la adecuación a su contexto de los códigos proveídos y en el mejor de los casos motivar la creación dispositivos y programas que no existían, mejorando la actitud hacia la invención. 4 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

5 Describir las orientaciones que requiere el docente para implementar la propuesta curricular. Actividades previas, de conocimiento, habilidades y actitudes. La relación entre sesiones de trabajo es gradual que va de lo general a lo particular y es secuencial ya que considera después de la introducción la lógica de la robótica en cuanto a su dinámica entrada proceso salida organizados en módulos completos de estos temas o en temas de integración de las tres dinámicas como podemos observar en el siguiente esquema: Introducción Integración Entrada Proceso Salida Proceso Integración Integración Introducción a la Robótica y Automatización Electrónica y energía para robots Entrada de Datos, Sensores y Comunicación Proceso de Datos, Acción y reacción Salida de pulsos, Motores y luces Principios de Programación y Lenguajes Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots Implementación de Solución Automatizada Esta propuesta consiste en llevar siempre a la par teoría y práctica, por lo que el inicio de las clases es expositivo para continuar con la práctica del tema y finalizar con la presentación de un dispositivo armado y programado en cada módulo. Los criterios de evaluación son básicamente dos: el primero consiste en preguntar oralmente sobre el tema estudiado a manera de retroalimentación y desde luego registro de las respuestas para corregir en caso de ser necesario; el segundo criterio de evaluación requiere el armado, programación y puesta en funcionamiento del dispositivo correspondiente al módulo. La automatización forma parte de nuestra vida cotidiana y seguirá incrementando sus aplicaciones a la par que mejoren tanto dispositivos como códigos de programación. 5 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

6 MATERIAL El material requerido es básicamente una placa Arduino, sensores, actuadores y lo necesario para conectarlos, sugiriendo lo siguiente: Descripción Cant. Arduino Nano V3.0 1 Cable USB 2.0-Mini B USB 1 Protoboard de 400 puntos 1 Caja de plástico 1 Servomotor SG90 1 Motoreductor con llanta de goma 2 Buzzer de 5V 1 LEDS verde, amarillo, rojo 15 Sensor de luz o fotorresistencia (LDR) 1 Sensor de distancia (HC-SR04) 1 Sensor de humedad de suelo 1 Sensor de temperatura y humedad 1 Push Button (11mm x 11mm) 5 Resistencia de 220 ohms 10 Relevador 2 canales 2 Cables hh, mm y hm 25 Chasis para auto 1 6 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

7 ACTIVIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA Y AUTOMATIZACIÓN Durante la primer actividad revisaremos las generalidades de la robótica y automatización. Nombre de la actividad Introducción a la Robótica y Automatización Número de sesión 1 El alumno reconocerá las funciones básicas de un robot así como sus tipos mediante el estudio de los siguientes temas: Entrada y sensores de datos. Aprendizajes esperados Proceso y cerebro del robot. Salida en motores y luces. Armado y programación de dispositivo. Futuro de la robótica Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Explicación de diferentes conceptos de robótica y automatización con presentación. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para activar y desactivar los leds con diferentes tiempos y crear con otros tres leds para desarrollar un cruce automovilístico con semáforo. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en content/uploads/2018/11/introducción-a-la-robótica-y- Automatización.pdf Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20% Funcionamiento adecuado del dispositivo semáforo con leds tendrá un valor de 80% 7 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

8 8 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

9 ACTIVIDAD 2. ELECTRÓNICA Y ENERGÍ A PARA ROBOTS En este módulo revisaremos conceptos de electrónica básica para robótica y la forma en que reciben energía eléctrica para su funcionamiento. Nombre de la actividad Electrónica y energía para robots Número de sesión 2 El alumno comprenderá el flujo de electricidad y desarrollará habilidades para el control de la misma mediante el estudio de los siguientes temas: Aprendizajes esperados Semiconductores Tipos de baterías Técnicas de soldadura Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Explicación de diferentes conceptos de electrónica en la que se fundamenta esta propuesta robótica y de energía que surte a los diferentes dispositivos electrónicos Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para activar y desactivar el motor. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20% 9 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

10 Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 10 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

11 ACTIVIDAD 3. ENTRADA DE DATOS, SENSORES Y COMUNICACIÓN Este tercer módulo es para estudiar la primer parte de la dinámica entrada proceso salida mediante la cual la placa programable Arduino nano recibe información (entrada) que utilizarán los programas (proceso) para hacer funcionar sus actuadores (salida). Nombre de la actividad Número de sesión 3 Aprendizajes esperados Entrada de Datos, Sensores y Comunicación El alumno diferenciará entre comunicación y sensores análogos y digitales mediante los siguientes temas: Sensores Análogos Sensores Digitales Comunicación Bluetooth, Infrarojo, Radio Frecuencia, wifi, otros. Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Explicación de diferentes conceptos de entrada de datos al procesador a través de sensores y sus formas comunicación entre dispositivos. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para leer diferentes tipos de sensores y presentar los datos obtenidos en pantalla. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20% Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 11 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

12 ACTIVIDAD 4. PROCESO DE DATOS, ACCIÓN Y REACCIÓN La parte mas valiosa de la automatización y robótica es el proceso de datos para lo cual es necesario codificar lo que harán nuestros dispositivos con la placa Arduino en un entorno de programación, el lenguaje para programar en Arduino esta basado en C++ por lo cual es fácil encontrar información en internet que nos apoye en el aprendizaje de este lenguaje. Nombre de la actividad Proceso de Datos, Acción y Reacción Número de sesión 4 El alumno identificará las características del proceso de datos y establecerá un sistema de lectura de datos mediante los siguientes temas: Controladores Lógicos Programables Aprendizajes esperados Análisis de placas Arduino, Raspberry y otras. Circuitos Integrados Programables. Aplicaciones mas usuales. Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Presentación de principios de programación principalmente instrucciones para leer datos de sensores y como activar motores y leds. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para leer datos de sensores y activar - desactivar motores. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en 12 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

13 Evaluación Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%. Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 13 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

14 ACTIVIDAD 5. SALIDA DE PULSOS, MOTORES Y LUCES La parte observable de la robótica y automatización es la activación de motores, luces y sonidos y que son los dispositivos que una vez programados y asociados a sus sensores que realizarán actividades que nos apoyan a vivir mejor. Nombre de la actividad Salida de Pulsos, Motores y Luces Número de sesión 5 El alumno identificará las diferentes formas de salida de pulsos y establecerá un sistema de acción y reacción mediante los siguientes temas: Características y Tipos de Leds. Aprendizajes esperados Pantallas y matrices. Características y Tipos de motores DC, Servomotores y Motores a pasos. Transmisiones de engranes y poleas. Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Explicación de diferentes formas de salidas de pulsos eléctricos que activan motores, luces y bocinas. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para activar y desactivar con tiempos al menos dos motores y tres leds. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, 14 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

15 innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%. Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 15 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

16 ACTIVIDAD 6. PRINCIPIOS DE PROGRAMACIÓN Y LENGUAJES Reforzamos en este módulo los principios básicos para programar y las instrucciones necesarias para obtener datos de sensores y para el funcionamiento de actuadores. Nombre de la actividad Principios de Programación y Lenguajes Número de sesión 6 Aprendizajes esperados El alumno analizará las estrategias de codificación y desarrollará un programa para un robot mediante los siguientes temas: Diagramas de flujo Principales funciones Interfases Textuales y Gráficas Estrategias de programación. Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Reforzamiento de principios de programación para obtener datos de sensores y funcionamiento de actuadores de manera básica y práctica. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el programa para medir distancia y temperatura para activar timbres, motores y leds.. Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%. Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 16 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

17 ACTIVIDAD 7. CONSTRUCCIÓN, FUNCIONALIDAD Y ESTÉTICA DE ROBOTS Este módulo es para revisar diferentes formas de construir robots, las cuales dependerán de la cantidad de robots por armar, de la calidad que buscamos y desde luego de los materiales y herramientas a nuestro alcance. Nombre de la actividad Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots Número de sesión 7 Aprendizajes esperados El alumno reconocerá las diferentes herramientas para la construcción de robots y analizará las necesidades de automatización mediante los siguientes temas: Análisis de Grados de Libertad Funciones Actuales y Posibilidades Diseño y ubicación de partes Armado artesanal. Corte láser de piezas. Impresión 3D de piezas. Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Explicación de diferentes formas ce construir robots y generar mecanismos de automatización considerando su funcionalidad y estética que son componentes de los productos de calidad. Descargar del programa para activar un motor de corriente directa y copiarlo en IDe de Arduino. Armar el prototipo en el protoboard siguiendo el circuito descargable en la página anterior. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código. Modificar el robot de la práctica para satisfacer otras necesidades ya sea agregando nuevos componentes y/o programando nuevas funciones. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de estética en la robótica y automatización. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%. Funcionamiento adecuado del dispositivo motor cd tendrá un valor de 80%. 17 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

18 ACTIVIDAD 8. IMPLEMENTACIÓN DE SOLUCIÓN AUTOMATIZADA La automatización forma parte Nombre de la actividad Implementación de Solución Automatizada Número de sesión 8 Aprendizajes esperados El alumno identificará una necesidad de automatización y desarrollará un sistema robótico para darle solución mediante los siguientes temas: Detección de área de mejora Armado y programación de dispositivo. Tiempo estimado 4 Periodos lectivos. Actividades (Secuencia didáctica) Inicio Desarrollo Cierre Materiales Evaluación Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema. Determinación individual de alguna problemática social, doméstica o industrial que pueda resolverse con automatización básica tanto en los componentes como en la programación. Diseñar un prototipo que resuelva la problemática seleccionada. Crear el prototipo con los dispositivos requeridos para la solución. Generar los programas en el IDE de Arduino por dispositivo, es decir programando por separado el funcionamiento de cada componente. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar cada código por separado Integrar los códigos programados para cada componente en un programa también aparte. Conectar el Arduino al puerto usb de la computadora y descargar el código integrador Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad. Preguntas grupales abiertas para retroalimentar el concepto de calidad en robótica y automatización. Organizar una Feria de Robótica para mostrar los inventos a toda la comunidad escolar. Diapositivas de power point descargables en Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de palabras clave como robótica, automatización, electrónica, innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%. Funcionamiento adecuado del dispositivo ideado por cada alumno para resolver un problema en particular con un valor de 80%. 18 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

19 A manera de propuesta sería adecuado una feria escolar donde los estudiantes muestren sus dispositivos inventados para resolver problemas específicos. Material descargable en 19 Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.