ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR

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ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR

Material para el Docente

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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 ... 11

Actividad 4. Proceso de Datos, Acción y reacción ... 12

Actividad 5. Salida de pulsos, Motores y luces ... 14

Actividad 6. Principios de Programación y Lenguajes ... 16

Actividad 7. Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots ...17

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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.

Módulos

Periodos lectivos por módulo

Presenciales

En línea

Teoría

Práctica Teoría Práctica

8

3

1

3 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

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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.

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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:

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.

Introducción

Introducción a la Robótica y Automatización

Integración

Electrónica y energía para robots

Entrada

Entrada de Datos, Sensores y Comunicación

Proceso

Proceso de Datos, Acción y reacción

Salida

Salida de pulsos, Motores y luces

Proceso

Principios de Programación y Lenguajes

Integración

Construcción, Funcionalidad y Estética de Robots

Integración

Implementación de Solución Automatizada

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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

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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

Aprendizajes esperados

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. • 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 Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica.

Presentación del tema.

Desarrollo

Explicación de diferentes conceptos de robótica y automatización con presentación.

Descargar del programa para activar un motor de corriente directa http://sonrobots.com/semaforo/ 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.

Cierre Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de

robótica y automatización.

Materiales

Diapositivas de power point descargables en http://sonrobots.com/wp-

content/uploads/2018/11/Introducción-A-la-Robótica-y-Automatización.pdf

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 “semáforo con leds” tendrá un valor de 80%

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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:

• Semiconductores • Tipos de baterías • Técnicas de soldadura

• Armado y programación de dispositivo.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/motorcd/ y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

Modificar el programa para activar y desactivar el motor.

Materiales

Diapositivas de power point descargables en http://sonrobots.com/wp- content/uploads/2018/11/Electr%C3%B3nica-y-energ%C3%ADa-para-robots.pdf .

Evaluación

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Funcionamiento adecuado del dispositivo “motor cd” tendrá un valor de 80%.

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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 Entrada de Datos, Sensores y Comunicación Número de sesión 3

Aprendizajes esperados

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.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/rpvm/ y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

Modificar el programa para leer diferentes tipos de sensores y presentar los datos obtenidos en pantalla.

Cierre Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica

y automatización.

Materiales Diapositivas de power point descargables en http://sonrobots.com/rpvm.

Evaluación

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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

• Análisis de placas Arduino, Raspberry y otras. • Circuitos Integrados Programables.

• Aplicaciones mas usuales.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/rpvm/ y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

Modificar el programa para leer datos de sensores y activar - desactivar motores.

Materiales Diapositivas de power point descargables en

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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%.

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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. • Pantallas y matrices.

• Características y Tipos de motores DC, • Servomotores y Motores a pasos. • Transmisiones de engranes y poleas. • Armado y programación de dispositivo.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/rpvm/ y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

Modificar el programa para activar y desactivar con tiempos al menos dos motores y tres leds.

Materiales Diapositivas de power point descargables en

http://sonrobots.com/rpvm.

Evaluación Preguntas grupales considerando para evaluación la mención de

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innovación, entre otras que sirvan para retroalimentar y corregir en su caso tendrán un valor de 20%.

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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

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.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/rpvm/ y copiarlo en Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

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..

Cierre Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de robótica y

automatización.

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%.

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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

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.

Desarrollo

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 http://sonrobots.com/rpvm/ y copiarlo en IDe de Arduino.

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.

Cierre Preguntas grupales abiertas para retroalimentar los conceptos de estética en

la robótica y automatización.

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%.

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ACTIVIDAD 8. IMPLEMENTACIÓN DE SOLUCIÓN AUTOMATIZADA

La automatización forma parte

Nombre de la

actividad Implementación de Solución Automatizada Número de sesión 8

El alumno identificará una necesidad de automatización y desarrollará un sistema robótico para darle solución mediante los siguientes temas:

• Detección de área de mejora

Desarrollo

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

Cierre

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.

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 ideado por cada alumno para resolver un problema en particular con un valor de 80%.

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A manera de propuesta sería adecuado una feria escolar donde los estudiantes muestren sus dispositivos inventados para resolver problemas específicos.

Material descargable en http://sonrobots.com/rpvm/