Proyecto Butiá. Robótica Educativa Libre

(1)

Proyecto Butiá

(2)

Robótica educativa

autonomía

iniciativa

creatividad

interés por la

investigación

autoestima

trabajo en

equipo

construccionismo

resolución

de

problemas

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¿Quiénes somos?

Espacio de Formación Integral Butiá

Universidad de la República /Facultad de

Ingeniería

Grupo de Investigación MINA, Unidad de Extensión,

Unidad de Enseñanza

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Butiá no es solo un robot …

(5)

Formación de formadores

en robótica educativa

Formación Permanente Fing

Antel

Prociencia

Centros MEC

(6)

Talleres de sensibilización

en robótica

Talleres - Antel

Escuelas – Liceos –

Centros MEC – UTU –

UTEC- entre tantos

(7)

Investigación Desarrollo

Mejora continua Butia 2.0

Desarrollo Butia 3

- Hardware

- Software

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(9)

● Inició en 2006...

● Buscó reducir la asimetría en Enseñanza

Secundaria pública - privada.

○ Plataforma económica.

○ Adaptada a la realidad local.

○ Crear una plataforma abierta.

● Contó con apoyos internos/externos:

○ Unidad de Extensión de la

Facultad de Ingeniería

○ Financiado por ANII

● Resultado: Butiá 1.0 (2009)

(10)

(11)

Historia: Butiá 1.0

(12)

Historia: Butiá 1.0

(13)

Software libre

(14)

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● Hacer frente a la demanda de solicitudes

para adquirir/construirse un Butiá.

● Utilizar componentes adquiribles en el

mercado local.

● Contar con opciones para el reciclado de

componentes electrónicos

● Reducir costo final

● A partir del 2012 convenio con ANTEL para

buscar solución a estos retos

Nuevos retos

(16)

Hardware libre

Una necesidad para el Butiá

● El diseño debe:

○ ser público (hardware abierto).

○ permitir al usuario fabricar el hardware con las

herramientas que tiene disponible.

■ En el caso de nuestros usuarios (liceos y

escuelas) las herramientas son muy básicas o

inexistentes.

○ Permitir su uso en cualquier contexto y distribuir

versiones modificadas.

(17)

(18)

Mecánica

Materiales

Placa, chasis

Acrilico 6mm

Otros: Madera, chapa, PVC

Barandas

XO horizontal en la placa.

(19)

Mecánica

Materiales

Chasis constructivo

●

Hecho en acrílico

●

Cortes en láser

●

Hecho en facultad

●

Superficie suficiente para laptop o XO

(XO, Magallanes, Olidata).

●

Soporte para diferentes computadoras

●

Barandas para proteger XO

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Ruedas

Llanta con aro de goma y tapas. Rueda loca.

Tornillos

Diámetro, pase, largo. Material.

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Mecánica

Ruedas

Tamaño de la rueda

Diámetro - Velocidad Diámetro: 82mm

Perimetro: 2·Pi·R (257,5mm) Una vuelta recorre 0,26m

Velocidad del motor: 80RPM - Velocidad de Butiá: 20,8m/min (0,35m/s)

Rueda loca

(22)

Distribución diferencial

Ackerman, triciclo, etc.

(23)

Armado

Soporte de motor, barandas, tope y rueda loca.

(24)

Motores

Corriente continua, reducción.

Otras opciones:

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Motores

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Motores

servomotores Dynamixel AX12

●

Servomotores de corriente continua.

●

Modificados para rotación continua.

●

Precisión 1/3 de grado.

●

12kg.cm (7V), 16,5kg.cm (10V).

●

Costo U$S 40.

●

Se pueden poner en cascada conectados al

mismo bus.

● Fuertes, fácil de controlar. Buena relación precio/torque. ● Tienen cierta “inteligencia”.

● Permiten medir voltaje. ● Ángulo

● Protección a sobre esfuerzo o exceso de voltaje. ● Ruidosos

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Motores

motores de CC

●

Motores de corriente continua.

●

Diferentes características (fuerza)

●

Fáciles de reciclar.

●

Costo < U$S 20

●

Se utilizan a través de un “shield”.

●

No poseen funciones extra. “No inteligentes”.

(28)

Placas

Shield y USB4Butiá.

Mecánica

Armado

(29)

Barra de encastre

Encastre firme con un solo tornillo

Compatible con otros kits

(30)

Soporte de sensor

Tornillos, distanciador, sensor.

(31)

Unión

Vertical Horizontal

Multiplicando

Más cerca, más lejos.

Mecánica

Encastre

(32)

●

Dado que la XO no tiene puertos de E/S digital/analógicos

generales con los cuales leer/escribir datos, se necesita una

placa E/S basada en un microcontrolador:

● USB4Butiá basada en la USB4all ● PIC 18F4550

● Una sola capa

● Permite que sea hecha en forma “casera” ● 6 Conectores RJ45 (sensores/actuadores)

● Vcc, gnd, pin reconocimiento, pin datos ● Aún tenemos 4 pines libres! Escalable ● Conector USB para comunicación con la PC

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●

Exclusivamente para motores de continua

●

Permite controlar motores a través de algunos Hack

Pines

●

Permite uso de alimentación externa para los motores

●

Una sola capa

●

Permite que sea hecha en forma “casera”

●

Basada en el integrado LM298

●

Disipador de temperatura

(34)

Sensores 2.0

(35)

Sensores/Actuadores

●

Se conectan mediante conectores RJ45 a USB4Butia

●

Vcc, Gnd, Id (Analógico), Datos (Analógico/Digital –

dinámico)

●

Hot Plug - Identificación automática. No hay etapas de

configuración.

●

Pin de Id → Divisor de Tensión (una resistencia en la placa

y la otra resistencia en el sensor/actuador)

●

Existen dos tipos de sensores:

(36)

Sensores

●

Contacto

● Digital. Sensor de distancia cero. Permite

saber cuando estamos en contacto con algún tipo de superficie. Permite detectar

colisiones.

● Pasivo

● Luz

● Analógico. LDR ● Pasivo.

(37)

Sensores

●

Escala de Grises

●

(LED + LDR).

●

Uso frecuente en seguidores de

líneas.

●

Analógico.

●

Pasivo

●

Distancia

●

calcular distancias al obstáculo

más cercano. Lineal. Sensor Sharp.

●

Analógico.

●

Activo.

(38)

Sensores de la XO/SBC

●

Sensores avanzados

●

Cámara, micrófono, teclado

●

Usuario familiarizado con su computador

portátil.

●

El apropiamiento de la tecnología se da

(39)

XO/SBC

●

Soporte a la lógica de alto nivel, la cual permite

interacción con cualquier programa que se

pueda comunicar por “socket” (socket: permite

comunicación de procesos entre diferentes

terminales/dispositivos)

●

mayor capacidad de procesamiento ya que

nuestros programas pueden llegar a ser

complejos. Ejemplo: procesamiento de

imágenes, redes de aprendizaje.

(40)

XO/SBC

●

Brinda herramientas para desarrollar la

lógica de control del robot con mayor nivel

de abstracción y evita colocar código en el

firmware, disminuyendo la complejidad del

mismo

●

Permite desarrollar código con mayor grado

de mantenibilidad.

●

El firmware sólo es responsable de

interactuar con los dispositivos.

(41)

XO/SBC

●

Desarrollo de aplicaciones a nivel de usuario

●

Servidor Python (PyBot) y una Api (Python)

●

Utilizamos principalmente TurtleBots, pero

es posible utilizar:

●

Python

●

Java

●

C/C++

●

Lua

●

Hay más…

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Visión de futuro

(motivación Butiá 3.0)

El paisaje del hardware ha cambiado.

● Nuevas terminales: tablets,

smartphones...

○ La ecuación económica es otra (¿cuál?).

○ Nuevos formas de interacción.

○ Diversidad de Sistemas Operativos y entornos.

● Sistemas embebidos...

○ La revolución ARM.

○ Raspberry Pi, Beagle Bone, FOX Board, y

sigue.

(43)

Algunos ejemplos

(44)

Algunos ejemplos

(45)

Algunos ejemplos

(46)

Algunos ejemplos

(47)

Algunos ejemplos

TT-Motora, ing Regional Norte (Juanma, Steve, Fede,

Johansen)

(48)

Algunos ejemplos

https://youtu.be/cM_9-Bt2J0w

Nota de agencia EFE sobre alumnos del liceo de Tala

trabajando con el robot Butiá:

Los alumnos del liceo público de la localidad uruguaya de

Tala, emplazada en el interior rural, participan en un

taller de robótica educativa en el que construyen sus

propios autómatas con útiles facilitados por el proyecto

Butiá, un programa que busca universalizar

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Algunos ejemplos

Acortando Distancias – Energía Renovable

Marco de la pasantía “Acortando Distancias”

ANII-PROCIENCIA-PEDECIBA otorga a docentes de

Educación Media

Construir un plugin para

TurtleBots que estimule el uso responsable de la energía renovable, en este caso

específico la energía eólica, a partir de los pronósticos

numéricos operativos de

generación de energías limpias en Uruguay, que brinda IMFIA-FING-UdelaR en la página Tage-ara

(http://www.fing.edu.uy/cluster/ eolica/), y la incorporación de un nuevo actuador: el Relay.