Manual_Robótica2
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Manual del alumno
Manual de Robot T-17
Diseño Círculo Tecnológico S.A.Apoyo Pedagógico: Lorena Vargas Ávila Contenidos: Roberto Jiménez FuentesTecnología: Jorge Narbona BerríosDiseño: Carolina Alvarez Concha
Los cursos han sido desarrollados basándose en la metología del Programa Intel Aprender.
Mi Taller Digital:“Manual de Robótica”Enlaces Centro de Educación y TecnologíaMinisterio de Educación
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Objetivo Generales 7Metodología 8Objetivos Específicos del Taller 10
INICIO DEL TALLER 11Día 1: Organización de Grupos de trabajo 11 Conceptos previos 12 Checklist de Materiales 14
Día 2: Armado de Kit Básico 16 Introducción a la programación 17
Día 3 y 4: Programar y probar rutinas de software que permitan al robot avanzar en línea recta y otras trayectorias 20
Día 5: Implementación del sensor LED 26 Conceptos previos 26
Día 6: Implementación del sensor de contacto 30
Día 7: Implementación del sensor reflector infrarojo 32 Conceptos previos 32
Día 8 y 9: Conocer la forma de hacer que nuestro robot evite chocar con una muralla 34
Día 10: Creación de pista tipo laberinto para ser recorrida por el Robot T-17 utilizando todos los sensores que se han enseñado en el taller 37
ANEXOS: 39 Armando el Robot T-17 40 Kit de robótica programable para estudiantes 43
Índice
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Objetivo GeneralEn el proceso de implementación del kit robótico, los estudiantes serán capaces de armar el robo-
circle con todos sus accesorios y programarlo para realizar una serie de tareas, además de adquirir conocimientos complementarios de electrónica,
mecánica e informática.
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MetodologíaLas actividades de este taller se dividirán en 10 sesiones.
La última se destinará a un desafío de grupos.Los alumnos se dividirán en grupos de no más de 5 estudiantes.
Cada grupo se asignará un nombre y roles que serán rotativos entre ellos, estos son los siguientes:
Jefe de Proyecto: Encargado de entregar al profesor al final de cada sesión el resumen de las actividades realizadas por el grupo.
Programador: Encargado de la programación del robo-circle.
Ingenieros: Encargados del armado y test del robo-circle.
Administrador: Encargado de la planificación de cada sesión.
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El método utilizado para el desarrollo de este taller, estará dado por las estrategias propias de:
Planificar ( diseñar el como)
Ejecutar ( hacer )
Revisar ( evaluar el hacer )
Comunicar ( compartir )
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INICIO DEL TALLER
Objetivos especificos del Taller
Desarrollar trabajo colaborativo. Desarrollar los procesos creativos por medio de
elementos tecnológicos. Fomentar la autonomía de trabajo, en donde
los estudiantes puedan decidir como y para que trabajar el elemento tecnológico.
Promover las experiencias erróneas para identificarlas como parte del aprendizaje y el autodescubrimiento.
Desarrollar habilidades científicas.
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Nuestro primer día lo dedicaremos a organizar los grupos de trabajo, los cuales avanzarán de acuerdo a los roles definidos para este taller. El profesor entregará el formato de la minuta de planificación del día que debe ser completada por el Jefe de Proyectos al finalizar la jornada.
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INICIO DEL TALLER
¡Recuerden que los roles son rotativos y deberán ser asignados en esta sesión!
El Jefe de Proyecto entregará la minuta al finalizar cada sesión, la que incluye los siguientes aspectos:
1. Planificación del día2. Problemas encontrados3. Soluciones4. Informe del Ingeniero y del Programador
¡ Cada día tendremos un desafío que cumplir!
El programador entregará al final de cada día el listado de códigos que probaron en cada sesión y los resultados obtenidos. El ingeniero entregará un informe al jefe de proyecto indicando los problemas encontrados y sus soluciones si las hubiere. Se les recomienda ir tomando notas durante cada sesión.
¡ El rol sólo define la responsabilidad, el trabajo debe ser colaborativo!
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¿Que es robótica?Definimos la robótica como la ciencia y la tecnología de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: mecánica, electrónica, informática, matemáticas, inteligencia artificial y la ingeniería de control, para realizar el diseño, construcción y programación de aplicaciones de los robots.
¿Que es un robot?Es un sistema electro-mecánico que por su
apariencia o movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio por moverse, hacer funcionar un brazo mecánico, sentir y manipular su entorno y mostrar un
comportamiento inteligente, especialmente si ese comportamiento imita a los humanos o los
animales.
¿Qué es la Robótica Educativa?Robótica Educativa significa poner al alcance de los alumnos(as), las herramientas necesarias para que desarrollen dispositivos externos a la computadora, controlados por ésta, por medio de una interfaz. La Robótica Educativa permite desarrollar competencias para este nuevo milenio como:
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Habilidad para prevenir y resolver problemas, toma de decisiones: Habilidad para lograr solucionar una situación problemática dada, sin que
se le haya indicado un procedimiento a seguir.
Habilidades cognitivas como experimentar, investigar, aplicar, comparar y evaluar
Sentido de anticipación.
Actitudes creativas.
En relación con la formación científico-tecnológica: Cultivo de pensamiento científico (observación, la descripción y registro
de datos, el ordenamiento e interpretación de información, asombro, curiosidad, análisis, investigación, formulación de preguntas y conjeturas).
Conocimiento de la cultura tecnológica (informática, redes, video).
Inherentes al desempeño personal - social: Autonomía Seguridad de sí mismo. Liderazgo. Autoestima. Toma de decisiones. Búsqueda de desafíos. Habilidad para trabajar en equipo. Habilidad para trabajo colaborativo. Negociar. Saber escuchar y comunicarse con los demás. Habilidad para trabajar bajo su propio ritmo.
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Ahora estamos listos para comenzar, el desafío de este día es conocer los elementos que componen el kit. Para ello el grupo discutirá los caminos a seguir para cumplir lo propuesto.DIA
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MANOS A LA OBRA
Checklist de Materiales
Es necesario revisar los componentes iniciales del Kit de Robot T-17 que te entregó el profesor. Para ello revisaremos la siguiente lámina:
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Una vez verificado que contamos con todos los materiales, debemos revisar las instrucciones del anexo: "Manual armado y funcionamiento" y las instrucciones del profesor. Para más información visita el link: www.neoeduca.cl
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El desafío del día es armar y programar el kit básico.DIA 2
El Robot T-17 debe quedar armado como lo muestra la siguiente lámina.
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Introducción a la programación:Para que nuestro robot pueda realizar alguna acción (movimiento, sonido, etc.) es necesario que lo programemos, pero antes definiremos
algunos conceptos básicos:
Programa de computación: Es una secuencia de instrucciones (escritas en algún lenguaje de programación) pensado para RESOLVER algún tipo de PROBLEMA. Si no sabemos resolver este problema, no podremos escribir el programa.
Algoritmo: Método por el cual se resuelve un problema
Lenguaje de Programación: es la forma en que podemos dar instrucciones a un dispositivo programable y que éste las pueda comprender y ejecutar.
Instrucción: Una orden que nosotros le damos a la máquina utilizando un lenguaje de programación.
Microcontrolador: es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
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Diagrama de flujo: Antes de escribir un programa, sobre todo si es complejo, es útil trazar un esquema, en lenguaje corriente utlizando símbolos, detallando lo que quieres hacer. A esto se le denomina un diagrama de flujo. Si lo que se pretende está claro, escribir el programa se reduce a traducir el diagrama de flujo al código correspondiente.
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Tirar un número al azar: X
Pedir al usuario un número: Y
¿Es X igual a Y?
Indicar: Indicar: ¡ACERTASTE! ¿NO ACERTASTE!
SÍ NO
DIAGRAMA DE FLUJO
Veamos un caso simple. Construyamos el diagrama de flujo de un programa que escoja un número al azar del 0 al 9 y nos pida que lo adivinemos. Una vez escogido el número, el programa debe informar si hemos acertado o no. El diagrama de flujo correspondiente es:
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Con un buen diagrama de flujo, gran parte del trabajo está hecho. Puede ser tentador comenzar a escribir directamente el programa , con la esperanza de hacerlo todo bien a la primera. Suele ser más eficaz, sin embargo, escribir antes el diagrama de flujo, para luego intentar pasarlo al lenguaje informático elegido. DIA
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Recuerda compartir los conocimiento que haz adquirido en este día“, entregando las hojas resumen (informe) correspondientes a cada Rol”.
Pruebas:Una vez que el profesor revise el robot , continuará la fase de pruebas. Deberán instalar el software: scribbler_v1.1.1_setup.exe. para verificar el funcionamiento, utilizando el anexo: "Guía de Instalación de Software" .
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Nuestro kit se basa en el microcontrolador i-box III, a continuación te entregamos el set de instrucciones que te ayudarán a programar los motores del robo-circle.
Se utilizan seleccionando en primer lugar el motor (con un, a, b; o ab), y luego le dice que lo que debe hacer (por ejemplo, on, off, rd, etc.).
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El desafío para estos días es probar rutinas de software que nos permita avanzar el robot en línea recta y otras trayectorias que defina cada grupo.
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Programación
Una de las alternativas para programar tu Robot T-17 es la interfaz gráfica sribbler.
Para ello selecciona al presionar en la barra de tareas.
El ambiente de programación es el que muestra en la imagen.
Para crear una rutina debes pinchar el ícono deseado y luego pinchar en la posición donde quieres insertarlo, de esta manera puedes ubicar los elementos en el lugar del programa que desees.
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DIA 3-4
Creación de una rutina de programaciónPara crear tu primer programa considera los siguientes pasos:
Pinchar el elemento que deseas insertar.
Pincha en el lugar donde quieres posicionar el elemento.
1.
2.
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El Ícono puede ser modificado con el cuadro de diálogo que se despliega en el momento de ser insertado.
Para aceptar la inserción del ícono debes presionar el botón , presente en el cuadro de diálogo.
3.
4.
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Si quieres editar un elemento, presiona este último con el botón izquierdo del mouse y luego el primer ícono del lado izquierdo del cuadro de diálogo que se despliega como muestra la imagen.
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De esta forma se desplegará el cuadro de diálogo que controla el ícono,
no olvides aceptar el cambio con el botón .
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6.
25DIA
3-4
Presiona el ícono de descarga
¡Tu programa ya está ejecutándose en el robot!
7.
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DIA 5
El desafío de este día es implementar uno de los sensores que viene con nuestro kit , el LED.
Conceptos Previos:
Transistor: Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una gran variedad de transistores
Un diodo emisor de luz (LED) produce luz cuando una corriente pasa a través de él. El color del LED usualmente te dice de que color será la luz cuando una corriente pasa a través del mismo. Las marcas importantes de un LED se pueden encontrar en su forma.
Como un LED es una válvula de corriente en un solo sentido, debes asegurarte de conectarlo de la manera correcta, en caso contrario no funcionará. Los LED tienen 2 terminales. Uno es el llamado Ánodo y el otro es llamado Cátodo. En el esquemático, el cátodo es la línea que va a través del triángulo. Para la parte dibujada, fíjate que los cables del LED son de longitudes diferentes. El cable más largo esta conectado al ánodo del LED, y el cable más corto esta conectado a su cátodo.
El LED incluye un transistor para proporcionar corriente y así dar apoyo al puerto de salida de baja corriente del microcontrolador. Esto asegura que el LED se prenda cuando un "1" lógico aparezca en la entrada.
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Ejemplo de rutina de programación“Crear una rutina que permita desplazar el Robot T-17 por medio segundo, esperar1 segundo y luego encender tres leds por un segundo.”
Paso1: Paso2:
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DIA 5
Otra alternativa para programar el Robot T-17 es el ambiente de
programación BASIC Stamp Editor. Para ello selecciona
al presionar el botón en la barra de tareas.
En caso que el programa Basic Stamp Editor no esté entre tus favoritos,
debes presionar el botón en la barra de tareas, luego todos los
programas y seleccionar Parallax Inc, como muestra la imagen izquierda.
El ambiente de programación es el que muestra en la imagen derecha.
Antes de iniciar tu programa utilizando el programa BASIC Stamp Editor
v2.5, debes identificar la tarjeta seleccionando los íconos
y , los cuales corresponden al microcontrolador X-16, al lenguaje que
utiliza la tarjeta, la apariencia del ambiente de programación se muestra
en la imagen.
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A continuación te entregamos el set de instrucciones que te ayudarán a programar servomotores y leds de kit Robot T-17.
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El desafío de este día es implementar el sensor de contacto.
Conceptos Previos:
El sensor con el cual trabajaremos es el que se denomina de tipo bigote.
Sigue atento las instrucciones del profesor para ver como se conecta y saber cómo funciona.
Una vez conectado copia el siguiente programa y observa cómo funciona.
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6¿Qué hace el software? Coméntalo con tu grupo.
Ahora modifica el programa con tu grupo para que funcionen ambos sensores de manera independiente.
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DIA 7
El desafío de hoy será implementar el sensor de luz.
Conceptos Previos:
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de la luz incidente. Puede
también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas (LDR) se originan de su
nombre en inglés Light-Dependent Resistor.
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7
Copia el siguiente programa en Scribbler y observa lo que ocurre al ser ejecutado.
Copia el siguiente programa en Scribbler y observa lo que ocurre al ser ejecutado.
Coménta lo observado con tu grupo.
Ahora diseña un programa que permita detener tu robot cuando se le apunte con una linterna.
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El desafío de estas sesiones será el conocer la forma de hacer que nuestro robot evite chocar con una muralla.(La cual construiremos con cartón piedra)
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Conceptos Previos:
Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano, la que comienza desde los 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos.
El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos:
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Nuestro sensor de ultrasonido nos permite medir fácilmente distancia en un rango entre tres centímetros y tres metros.
Ahora copia el siguiente programa el scribbler y posteriormente ubica el robot frente a un obstáculo, una muralla idealmente.
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Si el programa no te funciona pide ayuda a tu tutor.Comenta estos resultados con tu grupo.
Anota las mediciones en la siguiente tabla:
Distancia
1 metro
50 centímetros
20 centímetros
10 centímetros
7 centímetros
5 centímetros
3 centímetros
Valor medido
Ahora con los valores obtenidos diseñen un programa que al detectar una muralla en frente se detenga y busque camino a seguir.
Modifica tu programa para que emita una alarma cuando este a 30 centímetros de la muralla.
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El desafío final es crear una pista del tipo laberinto que permita que al ser recorrida por el robo-circle se utilicen todos los sensores que has aprendido en el Taller.
Todos los grupos deben entregar un esquema de laberinto y lo implementarán, utilizando los informes entregados en cada sesión.
Cada grupo deberá pasar todos las pistas implementadas, pueden utilizar los informes de los demás grupos.
Todos cumpliran con el desafío si en conjunto logran pasar todas las pistas.
DIA 10
Recuerda compartir los conocimiento que haz adquirido en este día“, entregando las hojas resumen (informe) correspondientes a cada Rol”.
Anexos
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1. Coloca cada servomotor con 3 tornillos y 3 tuercas a los fijadores metálicos como muestra la imagen.
ANEXOArmado Robot T-17 Básico
2. Monta los sistemas servo-fijador, armados en el paso anterior, a una de las superficies que componen el chasis de acrílico, como se muestra en la imagen siguiente.
3. Introduce las ruedas en el engranaje cada uno de los servos y luego fíjalas con un tornillo.
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4. Monta la rueda de apoyo en la pieza de acrílico dipuesta para ello.
5. Une la pieza del paso anterior con la parte inferior del chasis, la que tiene los servomotores montados, con dos separadores de 1cm.
6. Fija la tarjeta X-16, con 4 tornillos y 4 tuercas, sobre superficie del chasis acrílico que no utilizaste en el montaje de los servomotores.
7. Dispone cuatro separadores metálicos entre ambas unidades acrílicas que componen el chasis con tornillos y tuercas, de esta manera las placas quedan en forma paralela, como muestra la imagen.
8. Inserta la tarjeta X – 16 Shield sobre la tarjeta X-16.
9. Monta los sensores y leds con tornillos y tuercas en la ubicación que estimes conveniente para el desarrollo de tu próximo desafío.
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10. Conecta los sensores y leds a la tarjeta X - 16 Shield.
11. Para alimentar tu robot, conecta batería a la tarjeta X-16 del kit Robot T-17 como muestra la imagen.
12. Para cargar un programa a tu robot, conecta el cable de transmisión de datos a la tarjeta X-16 del kit Robot T-17 como muestra la imagen.
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ANEXOKit de robótica programable para estudiantes
El kit de robótica básico incluye piezas de fácil ensamblaje, un micro controlador, sensores, leds, un software de programación y todo lo necesario para el desarrollo tus primeras experiencias robóticas.
Robot T-17 es posible de programar mediante un software basado en una interface gráfica o bien utilizando un lenguaje de bajo nivel, ambos ambientes resultan ser naturales para los estudiantes al momento de ser utilizados.
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Conceptos Previos:
HardwarePara utilizar el programa gráfico scribbler, necesitas un pc, notebook o netbook con las siguientes características:
• Sea compatible on cualquier equipo que utilice XP o superior.• Puertos USB disponibles.
Software - scribblerDebes instalar el programa scribbler contenido en el cd-rom o bien descargarlo de la página www.neoeduca.cl, siguiendo los siguiente pasos:
1. Abrir la carpeta scribbler v1.1.1.zip contenida en el CD-ROM.
2. Ejecutar el archivo scribbler.exe , destacado en la imagen.
3. Presionar SÍ en el siguiente cuadro de diálogo.
4. Presionar SÍ, nuevamente, en el siguiente cuadro de diálogo, como muestra la imagen.
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6. Seleccionar idioma español en el cuadro de diálogo desplegado y
luego presiona el botón como muestra la imagen.
6. Por último, para crear una rutina de programación selecciona el
programa SCRIBBLER al presionar iniciar .
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1. Abrir la carpeta BASIC STAMP contenida en el CD-ROM.
Software - BASIC Stamp EditorDebes instalar el programa basic stamp editor contenido en el cd-rom o descargarlo de la página www.neoeduca.cl, siguiendo los siguiente pasos:
2. Ejecutar el archivo BASIC STAMP.exe , destacada en la imagen.
3. Presionar SÍ en los dos cuadros de diálogos siguientes.
4. Presionar NEXT, en los siguientes cuadros de diálogo, como muestra la imagen.
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5. Presionar NEXT, nuevamente, en el siguiente cuadro de diálogo, como muestra la imagen.
6. Luego presionar Install, para instalar el programa en el computador.
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7. Por último Finish, para finalizar el proceso de instalación.
7. Para crear una rutina de programación selecciona el programa
BASIC Stamp Editor al presionar iniciar .
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