Robótica en el Aula. Nociones Básicas. Gabriel Ocaña Rebollo. Ingeniero Superior de Telecomunicaciones Profesor E.S. de Tecnología

Transcripción

1 Robótica en el Aula Nociones Básicas Gabriel Ocaña Rebollo Ingeniero Superior de Telecomunicaciones Profesor E.S. de Tecnología CEP Almería, Noviembre 2010

2 Índice Conceptos básicos de robótica. Un robot educativo para centros TIC. Construcción de robots educativos. Página 2

3 Índice Conceptos básicos de robótica. Un robot educativo para centros TIC. Construcción de robots educativos. Página 3

4 Conceptos Básicos de Robótica Definición No hay un consenso sobre qué máquinas pueden ser consideradas robots, pero sí existe un acuerdo general sobre que los robots tienden a hacer parte o todo lo que sigue: Moverse Hacer funcionar un brazo mecánico Sentir y manipular su entorno Mostrar un comportamiento inteligente, sobre todo si ése comportamiento imita al de los humanos o a otros animales. La palabra robot la inventó el dramaturgo checo Karel Capek en 1921 en su obra R.U.R. (Rossum's Universal Robots). La palabra se escribía como "robotnik, y proviene del termino eslavo robota (trabajo, servidumbre) que designaba a los siervos de la gleba. La palabra robótica fue acuñada por el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov, quien también estableció las tres leyes de la robótica. Robot RUR de K. Capek Página 4

5 Conceptos Básicos de Robótica Página 5 Historia Ya en la mitología griega se hablaba de las dos doncellas doradas (Κουραι Χρυσεαι), dos autómatas de oro que fabricó el dios Hefesto (Vulcano) con la apariencia de jóvenes mujeres vivas. Se decía que poseían inteligencia, fuerza y el don del habla. Las máquinas totalmente autónomas no aparecieron hasta el siglo XX: 1.088, el chino Su Song levantó una torre de reloj con figuras mecánicas que daban las campanadas de las horas , el musulmán Al Jazarií construyó los primeros robots humanoides programables , caballero mecánico de Leonardo da Vinci , UNIMATE: primer robot industrial , PUMA: brazo manipulador programable universal , ASIMO: robot humanoide (androide) capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas. Androide ASIMO de Honda

6 Conceptos Básicos de Robótica Aplicaciones Actuales En la actualidad, los robots comerciales e industriales son ampliamente utilizados para sustituir a un ser humano al realizar tareas de forma más exacta o más barata, demasiado sucias o peligrosas, o incluso irrealizables. Las aplicaciones actuales de los robots son innumerables y van desde procesos de fabricación industrial, tratamiento de residuos peligrosos, y aparatos médicos hasta sondas y exploradores espaciales. Página 6

7 Conceptos Básicos de Robótica Y Futuras? En la ciencia ficción el hombre normalmente imagina a los robots en alguna de estas situaciones: Habitando nuevos mundos. Como en Star Wars y Wall-E. Haciéndose con el poder y enfrentándose a la humanidad. Por ejemplo en Terminator y Yo Robot Encargados de labores cotidianas y por lo tanto planteando cuestiones éticas y morales. Por ejemplo en Inteligencia Artificial y Blade Runner. Nota: Las películas mencionadas son muy interesantes para realizar actividades culturales en clase relacionadas con la robótica Los famosos C3-PO y R2-D2 (versión LEGO) Página 7

8 Conceptos Básicos de Robótica Arquitectura Básica de un Robot Desde el punto de vista de hardware básico, un autómata programable es similar a un ordenador. Mundo Exterior Autómata Programable Dispositivos Entrada y/o Salida Memoria RAM Entrada Salida CPU Entrada/Salida Disco Duro Página 8

9 Índice Conceptos básicos de robótica. Un robot educativo para centros TIC. Construcción de robots educativos. Página 9

10 Un robot educativo para centros TIC La Robótica en Enseñanza Secundaria Desde el punto de vista educativo, el diseño y construcción de robots permite realizar actividades sobre tres áreas de conocimiento fundamentales de Tecnología: Mecánica: El robot debe tener una estructura adecuada, y el movimiento se consigue mediante mecanismos de transmisión y transformación de movimientos. Electrónica: los robots reciben información del mundo exterior mediante sensores que procesan con circuitos electrónicos de control. Además, las acciones que el robot decide realizar se traducen en órdenes para los motores de salida. Informática: el comportamiento inteligente de cada robot se implementa con un programa informático que procesa la información y decide las acciones a realizar. Página 10

11 Un robot educativo para centros TIC LEGO Mindstorms NXT Los robots de LEGO tienen varias ventajas con respecto a otros robots educativos: Permite programar robots complejos de una manera sencilla. Facilidad de construcción, ya que disponen de una gran cantidad de piezas: las tradicionales junto con las nuevas Technic. Disponibilidad de una gran cantidad de sensores, tanto de LEGO como de terceras partes. Permite control y comunicación con otros sistemas: robots LEGO, dispositivos bluetooth, control remoto por infrarrojos, etc. Página 11

12 Un robot educativo para centros TIC LEGO Mindstorms NXT Las características técnicas más relevantes del Intelligent Brick NXT son: Microprocesador ARM7 de 32 bits Memoria flash de 256 KB Memoria RAM de 64 KB 4 puertos de entrada para sensores 3 puertos de entrada/salida para motores y luces 1 puerto USB 2.0 Bluetooth Display de 100x60 píxeles 1 Altavoz de 8 KHz Página 12

13 Un robot educativo para centros TIC LEJOS: LEgo Java Operative System El entorno de programación de LEGO Mindstorms NXT es propietario y solo funciona en sistemas Windows o Macintosh. Sin embargo, en un Centro TIC los ordenadores tienen Guadalinex como sistema operativo. Por esto, el entorno de desarrollo que se propone utiliza Linux y software libre. Se trata de LEJOS, que es una plataforma de programación de robots LEGO Mindstorms NXT basada en el lenguaje Java: Es un software libre de código abierto. Al estar basado en Java es un entorno multiplataforma. PC Entorno Desarrollo Java LEGO NXT LEJOS Firmware Herramientas Comunicación API NXJ API Java Java Virtual Machine Sistema Operativo Página 13

14 Índice Conceptos básicos de robótica. Un robot educativo para centros TIC. Construcción de robots educativos. Página 14

15 Construcción de robots educativos Primeros Pasos: instalación de la plataforma de desarrollo En la Guía de Instalación en Guadalinex EDU se detalla todo el proceso. El software que hay que instalar es el siguiente: Paquetes de Guadalinex. Entre ellos se encuentra Java. Plataforma LEJOS, en Guadalinex y en el ladrillo NXT. Eclipse: software libre para desarrollo de programas en Java. Plugin LEJOS para Eclipse. PC Entorno Desarrollo Java LEGO NXT LEJOS Firmware Herramientas Comunicación API NXJ API Java Java Virtual Machine Guadalinex Página 15

16 Construcción de robots educativos Montaje del robot básico educativo Lo siguiente que hay que hacer antes de programar los robots es construirlos. Con las piezas del Conjunto básico de robótica educativa LEGO Mindstorms NXT hay que montar: El módulo básico de locomoción Las extensiones necesarias para acoplar cada sensor Página 16

17 Construcción de robots educativos Página 17 Robots Educativos En las siguientes presentaciones se explica como programar, entre otros muchos, los siguientes robots: Robots Básicos de Aprendizaje: Manejo de la pantalla y sonidos. Control de movimiento: recta, giros, velocidad, trayectorias, etc. Detección de sonidos, luz, distancia y choque. Seguidor de línea. Jugador de Golf. Control de velocidad. Control de vueltas de motor. Utilización de botones. Robots Avanzados: Bípedo. Escorpión. Brazo robótico. Máquinas de Leonardo da Vinci. Etc.

18 Las tres leyes de la robótica son: 1. Un robot no debe dañar a un ser humano o dejar que un ser humano sufra daño. 2. Un robot debe obedecer las órdenes de un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, salvo si hay conflicto con la Primera o la Segunda Ley. Isaac Asimov, Runaround