INSTITUCIÓN EDUCATIVA CIUDADELA DEL SUR

EDUCACIÓN BÁSICACICLO SECUNDARIA

GRADO 9°

TECNOLOGÍA E INFORMÁTICA3º Periodo

ElaboradoJovanni Patiño Cadena

2011

Institución Educativa Ciudadela Del Sur

EDUCACIÓN BÁSICA SECUNDARIAÁREA TECNOLOGÍA E INFORMATICA

tercer periodoUNIDAD DIDÁCTICA 2: “Robótica básica”

LOGRO: Realizar el proyecto tecnológico utilizando las herramientas de robótica y el Handy cricket con el fin de resolver un problema o necesidad tecnología

Apropiación y uso de la tecnología: Represento en gráficas bidimensionales, objetos de tres dimensiones a través de proyecciones y diseños a mano alzada o con la ayuda de herramientas informáticas.

Solución de problemas con tecnología: propongo soluciones tecnológicas en condiciones de incertidumbre, donde parte de la información debe ser obtenida y parcialmente inferida

Tecnología y sociedad: analizo y explico la influencia de las tecnologías de la información y la comunicación en los cambios culturales, individuales y sociales, así como los intereses de los grupos sociales en al producción e innovación tecnológica.

CONTENIDOS: Durante este periodo aprenderás sobre los siguientes temas:

Guía 1

Robótica básica

CRITERIOS DE EVALUACIÓN:Momento A: Apropiación de conceptos.

Momento B: Análisis y propuesta de solución de problemas

Momento C: Práctica en el contexto

Momento D: Capacidad de hacer nuevas propuestas e inventiva.

Cumplimiento y responsabilidad con trabajos y tareas

Participación activa

Puntualidad y asistencia

9°

GUÍA No. 03

”Que robótica” (8 SEMANAS).

Taller 1

Actividad de motivación

(trabajo individual)

Realice una descripción paso por paso desde rutina diaria desde que se levanta hasta que regresa a dormir.

Presaberes responde con tus compañeros

¿Qué es un robot?

¿Cómo funcionan los robots?

¿Qué tipos de robot conoce?

¿Qué elementos se necesitan para construir un robot?

Con tus compañeros de trabajo lee el siguiente texto:

¿QUE ES UN ROBOT?

Un robot puede ser visto en diferentes niveles de sofisticación, depende de la perspectiva con que se mire. Un técnico en mantenimiento puede ver un robot como una colección de componentes mecánicos y electrónicos; por su parte un ingeniero en sistemas puede pensar que un robot es una colección de subsistemas interrelacionados; un programador en cambio, simplemente lo ve

como una máquina ha ser programada; por otro lado para un ingeniero de manufactura es una máquina capaz de realizar un tarea específica. En contraste, un científico puede pensar que un robot es un mecanismo el cuál él construye para probar una hipótesis.

Un robot puede ser descompuesto en un conjunto de subsistemas funcionales: procesos, planeación, control, sensores, sistemas eléctricos, y sistemas mecánicos. El subsistema de Software es una parte implícita de los subsistemas de sensores, planeación, y control; que integra todos los subsistemas como un todo.

En la actualidad, muchas de las funciones llevadas acabo por los subsistemas son realizadas manualmente, o de una forma off-line, pero en un futuro las investigaciones en estos campos permitirán la automatización de dichas tareas.

Introducción

La robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de la gente tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial que tiene; sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.

La robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes hace miles de anos. Nos basaremos en hechos registrados a través de la historia, y comenzaremos aclarando que antiguamente los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la robótica no era reconocida como ciencia, es mas, la palabra robot surgió hace mucho después del origen de los autómatas.

Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear vida artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le acompañen en su morada, seres que realicen sus tareas repetitivas, tareas pesadas o difíciles de realizar por un ser humano. De acuerdo a algunos autores, como J. J. C. Smart y Jasia Reichardt, consideran que el primer autómata en toda la historia fue Adán creado por Dios. De acuerdo a esto, Adán y Eva son los primero autómatas inteligentes creados, y Dios fue quien los programó y les dio sus primeras instrucciones que debieran de seguir. Dentro de la mitología griega se puede encontrar varios relatos sobre la

creación de vida artificial, por ejemplo, Prometeo creo el primer hombre y la primer mujer con barro y animados con el fuego de los cielos. De esta manera nos damos cuenta de que la humanidad tiene la obsesión de crear vida artificial desde el principio de los tiempos. Muchos han sido los intentos por lograrlo.

Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:

Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.

Un robot debe de obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley.

Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras leyes.

Clasificación de los robots

La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación. Estas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular, la sofisticada interacción de los sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran sueño.

1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.

2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.

3.- Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un objeto al utilizar información desde un sistema de visión.

4.- Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos por los sensores.

5.- Robots con inteligencia artificial, donde los robots utilizan las técnicas de inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas.

Avances Tecnológicos

En medicina, los robots se han aplicado principalmente en el área de la cirugía, traumatología, oftalmología, telemedicina e imagenología.

Con el desarrollo de la cirugía invasiva mínima y laparoscópica desde fines de los años 80, los cirujanos no necesitan colocar sus manos dentro del cuerpo humano para realizar la operación, y se apoyan más en los avances de la tecnología de imágenes e instrumental endoscópico adecuado. En este nuevo escenario, los robots aparecen refinando aun más las capacidades de la cirugía moderna, permitiendo realizar cirugías con mayor precisión y llegar a lugares en los que la mano humana tiene limitaciones.

Cirugía robótica: presente y futuro

En el área de la cirugía invasiva mínima, el cirujano tiene ventajas y desventajas en relación a los robots:

En la cirugía laparoscópica existen algunas dificultades con los instrumentos actuales: poca articulación de muñeca, sin capacidad háptica (táctil), efecto paradójico, poca dexteridad manual, pérdida de visión 3D y pobre ergonomía que hacen que sólo los procedimientos más simples puedan realizarse en forma masiva. La promesa es que la cirugía robótica asistida podrá superar la mayoría de estas dificultades. Incluso algunos cirujanos como Ballantyne y Satava (4) han

sugerido que en la historia de la evolución quirúrgica, la cirugía laparoscópica es una tecnología "transicional" que conducirá a la cirugía robótica. Hoy en día, sin embargo, se puede ver a los robots como una "extensión o mejoramiento de las capacidades humanas", más que un reemplazo a los cirujanos.

Por ejemplo, en la cirugía de retina se requiere de una posición precisa del láser, dentro de un objetivo de 25 micrones para evitar dañar a los vasos retinales. Esto se ve limitado ya que la mano humana no puede guiar un instrumento en forma precisa a un rango menor a 100 micrones, además del movimiento natural del ojo humano de 200 Hz. De esta forma, se han diseñado sistemas robóticos para sobreponer esta deficiencia humana.

Avances en visión robótica: los robots podrán ver.

Gracias a los últimos avances en la robótica, y según una nota de prensa publicada por la National Science Foundation de los Estados Unidos, un equipo de científicos está desarrollando nuevas tecnologías que podrán dar a los robots la capacidad de visión en el mundo real. En un futuro, estos robots capaces de “ver”, podrían controlar aeropuertos, pilotear aviones en condiciones meteorológicas difíciles y conducir vehículos militares.

Un equipo de investigación dirigido por el experto en visión robótica Vladimir Brajovic, pretende crear un chip de imágenes que supere los efectos dañinos de iluminación arbitraria y permita que la visión robótica salga de la iluminación controlada de un laboratorio y entre en la iluminación errática del mundo natural. Los científicos ya han logrado el primer paso hacia su objetivo final: un programa que simula el circuito del chip y puede descubrir detalles escondidos en imágenes existentes. Este nuevo objeto óptico funcionará más como una retina que un sensor de imágenes tradicional.

De la misma forma en que las neuronas en el ojo procesan los datos antes de enviar señales al cerebro, los píxeles de este nuevo aparato podrán intercambiar información entre ellos sobre qué están viendo. Los píxeles utilizarán esta información para modificar su comportamiento y adaptarse a la luz para recoger información visual incluso en las condiciones más adversas.

Taller 2 (trabajo por grupal)

De acuerdo al siguiente texto responda en el cuaderno:

¿Que es un robot?

¿Qué es robótica y cuales son sus aplicaciones?

¿Cómo se clasifican los robots y cuáles son sus características?

¿Cuáles son los más importantes aportes de la robótica al ser humano?

¿Cuál cree usted que es el futuro de la robotica?

Taller 3( trabajo en sala de sistemas)

Trabajo por grupos de trabajo

Reconozcamos nuestro instrumento de trabajo

Antes de leer sigua el siguiente enlace para que tenga una visión mas clara sobre lo que podemos realizar con esta herramienta

Link robot seguidor de linea

http://www.youtube.com/watch?v=RNW7Pfx28TM

realiza un escrito de una pagina en tu cuaderno donde describa un robot que le gustaría realizar con tus compañeros de trabajo

Lee detenidamente el siguiente texto con tus compañeros

TEORIA CRICKET

Un robot es un conjunto de sistemas que se integran entre sí, independientemente de la tarea que éste vaya a realizar. Es por esto que el estudiante debe tener presente y definir, en el diseño y construcción de su prototipo, los subsistemas y elementos básicos que harán parte de cada sistema. El sistema mecánico, está conformado por los diferentes operadores mecánicos (bielas, poleas, engranajes, estructuras, motores, entre otros) y todos los elementos básicos que se requieran para la construcción del prototipo. Si se compara con el cuerpo humano, el sistema mecánico está compuesto por el subsistema muscular. El sistema de percepción es el que le permite al robot “percibir” el entorno en el que se encuentra. Está compuesto por subsistemas de transductores o circuitos electrónicos asociados, los cuales permiten interpretar las señales eléctricas que “leen” los diferentes sensores. Continuando la comparación con el cuerpo humano el sistema de percepción está compuesto por los subsistemas sensoriales (olfativo, gustativo, óptico, auditivo y táctil). El sistema de control es el que permite la interacción e integración de los otros sistemas y está compuesto por uno o varios procesadores. En el cuerpo humano el sistema de control es el cerebro. Por último, el sistema de comunicación hombre-máquina, permite al usuario el intercambio de información con el robot para darle las instrucciones que conforman tareas específicas. Esta compuesto por el subsistema informático. Una de las actividades más importantes cuando se construye un robot es el desarrollo, y la consiguiente prueba, de cada subsistema individual de un sistema dado. Luego deben realizarse también pruebas a nivel de sistema, para asegurar que todos los subsistemas trabajan conjuntamente en la forma que se esperaba. Por último se realiza la integración de sistemas, asegurándose de que los mismos funcionen coordinadamente. La prueba y la solución de problemas en cada fase del desarrollo a nivel de sistema,

y de subsistema, es hasta cierto punto una habilidad que se perfecciona con la práctica. Armar, Probar, Desarmar, Armar, Probar…

El desarrollo de robots es un proceso iterativo en varios sentidos. Desarrollo iterativo significa probar repetidamente y ajustar algo hasta que trabaje como se planeaba. La clave del desarrollo iterativo está en que los resultados de las pruebas son usados para realizar ajustes finos. Luego se realizan más pruebas y ajustes en la siguiente iteración de pruebas. A través del desarrollo de las guías didácticas, el proceso iterativo será desarrollado, probado, ajustado si es necesario, luego desarrollado un poco más, probado nuevamente, etc.

Componentes de su Laboratorio de Robótica.

Handy Cricket o componente base

PICmicro® microprocessor. El Handy Cricket se basa en el PIC16C715, el cual incluye 2048 bytes de Memoria de Sólo Lectura ROM programable una sola vez (“quemado” con el sistema de operación del Handy Cricket), entradas análogas, entradas y salidas digitales. El PIC es el “cerebro del Handy Cricket.

Memoria Serial EEPROM para programas de usuario. El código de usuario compilado está cargado dentro de un chip de memoria 24LC32, el cual provee 4096 bytes de almacenaje no volátil.

Chip de comunicaciones IrDA (datos asociados Infrarojo). Usando el chip Sharp GP2W0001YP, el Handy Cricket implementa comunicaciones infrarrojas bi direccionalmente para cargar el programa y para comunicaciones inter-Cricket. Con

un vector de datos mínima de 50k baudios Chip controlador de motor Dual. El controlador de motor dual H-bridge de la Texas Instruments SN754410NE permite al Handy Cricket para corriente directa de dos motores DC. Salidas mínimas para dos motores DC.

5a. Dos puertos de motores con su respectivo enchufe

5b. Dos led bicolores (rojo-verde), que indican el sentido de rotación del motor. Un led en cada puerto de motor. Componentes de Entradas y salidas (I/O) clasificados. el Handy Cricket incluye:

6a dos puertos para sensor análogos,

6b. dos tarjetas de expansión tipo bus,

6c. un piezo beeper, para reproducción de sonidos compatible con MIDI

6d. un LED Verde que indica el estado del handy cricket (encendido o apagado)

6e. un pushbutton que corre/para el programa.

Entradas mínima para dos sensores. El valor de salida del sensor puede ser leído como falso/verdadero o puede ser convertido a un número entre 0 y 255. Mínimo dos puertos bus, que permitan la interacción con una colección de diferentes dispositivos como el Display de números para el Handy Cricket, conductor de lamp/relay para el Handy Cricket, y servo controlador para el Handy Cricket.

Interfaz de comunicación

Interfaz de comunicación que establece comunicación del computador con el

componente base, para la transferencia directa del programa a este. La alimentación de la interfaz es con una pila de 9

La interfaz viene acompañada con un cable de comunicación RS232, terminales DB9 macho y DB9 hembra

Accesorios

Juego de sensores y motores

Dos motores Robot DC pequeños (type 2) Referencia G9331. Estos motores trabajan desde 3VDC hasta 12VDC. Los motores se entregan debidamente alambrados y con los conectores DF3 de dos posiciones

Un bulbo de luz o piloto. Referencia 25-1365. Este bulbo trabaja con 6V y 70 MA El piloto se entregan debidamente alambrados y con los conectores DF3 de dos posiciones.

Un sensor de luz tipo Xicon Photo Conductive Cells Serie 54C (338-54C79), debidamente alambrado y con el conector apropiado para enchufar en el componente base

Un interruptor, tipo interruptor redondo de tipo de luz de pulso, registro radial. Referencia EVQ11, debidamente alambrado y con el conector apropiado para enchufar en el componente base

COMPOSICION INTERNA DE LA MEMORIA DEL CRICKET

LA CONSTRUCCIÓN DEL MAPA DE LA MEMORIA PARA EL SISTEMA DE CRICKET

Hay tres tipos de memoria en el cricket:

* La MEMORIA DE SÓLO LECTURA de PIC (2048 palabras de 14 bits)

* La RAM de PIC (96 bytes)

* El EEPROM externa (4096 bytes)

Los bancos de la MEMORIA DE SÓLO LECTURA de PIC interpretan operaciones del sistema.

El uso conveniente de la ROM del Crickets "OTP" (programable una sola vez por el fabricante)

Los bancos de la RAM del PIC intérpreta el estado interno de la pila.

Usando un código de ejecución con variables globales dadas por el usuario.

El programa Logo, usa arreglos de datos, graba y graba en una memoria EEPROM

EL PLANO DE lA EEPROM EXTERNA

0x000-0xfef (los datos del usuario) 4096 byte

0xff0/0xff1 (boton # 1 ptr) 2 byte

0xff2/0xff3 (botón # 2 ptr) 2 byte

0xff4-0xffe (el nombre de CRICKET) 11 byte

0xfff (la bandera de autoencendido) 1 el byte

El usuario tiene acceso a la escritura de la memoria EEPROM después de la siguiente dirección (0x500).

COMPOSICION DE LA COMUNICACIÓN DE LA INTERFAZ DEL CRICKET

La comunicación con el Handy Cricket vía infrarrojo directo al puerto serial del PC. Usamos componentes del IRDA con nuestro esquema de modulación que produce una tasa efectiva de comunicación de 50K baudio 50K del infrarrojo de la interfaz hasta la EEprom del cricket;

Sin embargo, la velocidad de 9600 baudios entre el puerto Serial del computador y la Interfase del Cricket.

Forma de la Señal de comunicación IRDA

Es una señal orientada en bytes; Cada byte es transmitido al computador seriamente y este a su ves es transmitido vía IRDA al cricket. y cada byte recibido por el Cricket se hace traducido a un byte serial para la PC.

formato de la señal:

+--+ +--+ +--+ +--+ | | | | | | 6 more | |---+ +---------------+ +-------+ +-------+----------+ bits + +-------+ 4us ~50us 4us 8us 4us 8us 12us 4us 8us | | | | | | | |<-prestart pulse->| start | '1' bit | '0' bit | | stop | | | bit | LSB data | | | bit |

Los pulsos indican los lapsos de tiempo de transmisión. son 8 bits de datos, y se envía de primero el menos significativos. el intervalo entre bit y bit es de 50 usec, el largo del pulso debería de ser de 4 usec.