ROBÓTICA PARA VIVIR MEJOR

SECUNDARIA

Centro de Investigación en Robótica y Educación, S.A.S. de C.V.

Presentación.

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 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: Nuevos Contenidos Relevantes

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.

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.

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

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

Chasis para auto 90

Desarrollo de actividades.

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%

ACTIVIDAD 2. ELECTRÓNICA Y ENERGÍA 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

Aprendizajes esperados

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.

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 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) 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 el motor. 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/Electr%C3%B3nica-y-energ%C3%ADa-para-robots.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 “motor cd” tendrá un valor de 80%.

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.

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 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) 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 leer diferentes tipos de sensores y presentar los datos obtenidos en pantalla. 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/rpvm.

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%.

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

Aprendizajes esperados

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.

• Armado y programación de dispositivo.

Tiempo estimado 4 Periodos lectivos.

Actividades (Secuencia didáctica)

Inicio Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema.

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) 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 leer datos de sensores y activar - desactivar motores. 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/rpvm.

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%.

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

Aprendizajes esperados

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.

Tiempo estimado 4 Periodos lectivos.

Actividades (Secuencia didáctica)

Inicio Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema.

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) 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 con tiempos al menos dos motores y tres leds. 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/rpvm.

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%.

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

Aprendizajes esperados

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.

• Armado y programación de dispositivo.

Tiempo estimado 4 Periodos lectivos.

Actividades (Secuencia didáctica)

Inicio Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema.

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) 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 medir distancia y temperatura para activar timbres, motores y leds.. 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/rpvm.

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%.

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

Aprendizajes esperados

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.

• Armado y programación de dispositivo.

Tiempo estimado 4 Periodos lectivos.

Actividades (Secuencia didáctica)

Inicio Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema.

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. 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 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.

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

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%.

ACTIVIDAD 8. IMPLEMENTACIÓN DE SOLUCIÓN AUTOMATIZADA

La automatización forma parte

Nombre de la actividad

Implementación de Solución Automatizada

Número de sesión 8

Aprendizajes esperados

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

• Detección de área de mejora

• Armado y programación de dispositivo.

Tiempo estimado 4 Periodos lectivos.

Actividades (Secuencia didáctica)

Inicio Rescate de conocimientos previos acerca de la robótica. Presentación del tema.

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 Promover entre los alumnos modificaciones al código desarrollando su creatividad.

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.

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

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%.

A manera de propuesta sería adecuado una feria escolar donde los estudiantes muestren sus

dispositivos inventados para resolver problemas específicos.