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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS

PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA

ROBÓTICA”

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

AUTORA: MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA

TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO

GUAYAQUIL – ECUADOR

2014




COMPUTACIONALES

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS


ROBÓTICA

TESIS DE GRADO






2014

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN DE

LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA”

REVISORES:

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales

FECHA DE PUBLICACIÓN: 14 de Enero del 2014 N° DE PÁGS.: 160

ÁREA TEMÁTICA: Robótica

PALABRAS CLAVES: Laberinto resuelto por robot automatizado

RESUMEN: El proyecto presenta el diseño y desarrollo de un robot móvil dotado de inteligencia para cumplir con su objetivo principal, el de encontrar una solución a un laberinto. Para cumplir con dicho objetivo el robot es ensamblado con componentes que le permiten desplazarse con facilidad en el entorno que lo rodea, además de tener implementado un algoritmo que le permite tomar la mejor decisión de la ruta a seguir. La información proporcionada por los sensores montados en el robot sirve de base para que el M.E.I&T 04 la procese y con ayuda del algoritmo pueda desplazarse dentro del laberinto sin dificultades.

N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN: Nº

DIRECCIÓN URL:

ADJUNTO PDF SI NO

CONTACTO CON AUTORA: María José Chávez Plúa TELÉFONO: 0986820674

E-MAIL: [email protected]

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN:

Universidad de Guayaquil

Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales

Dirección: Víctor Manuel Rendón 429 y Baquerizo Moreno, Guayaquil.

NOMBRE: Ing. Darwin Patiño

TELÉFONO: 0999112040

X

III

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “DESARROLLO E

IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN DE

LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA” elaborado por la Srta.

MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA, egresada de la Carrera de Ingeniería en

Sistemas Computacionales, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de

Ingeniero en Sistemas, me permito declarar que luego de haber orientado,

estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.

Atentamente

Ing. Darwin Patiño

TUTOR

IV

DEDICATORIA

“Cuando nuestros sueños se han

cumplido, es cuando comprendemos

la riqueza de nuestra imaginación y la

pobreza de la realidad.” (Ninon de

Lenclos).

Dedico este proyecto y toda mi carrera

universitaria a Dios y a mis padres. A

Dios por haberme permitido llegar

hasta este punto y haberme dado

salud para lograr mis objetivos,

además de su infinita bondad y amor.

A mis padres por ser el pilar

fundamental en todo lo que soy, tanto

académicamente, como en lo

personal, por su incondicional apoyo

perfectamente mantenido a través del

tiempo, pero más que nada, por su

amor, consejos y valores difundidos

que me han permitido ser una persona

de bien. Todo este trabajo ha sido

posible gracias a ellos.

V

AGRADECIMIENTO

Mis más amplios agradecimientos a

la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

por darme la oportunidad de estudiar

y ser una profesional. A mi tutor de

tesis el Ing. Darwin Patiño, quien con

sus conocimientos, su experiencia,

su paciencia y su motivación ha

logrado en mí que pueda terminar

mis estudios con éxito.

También agradezco a mis profesores

durante toda mi carrera profesional

porque todos han aportado con un

granito de arena a mi formación y a

mis padres por haberme apoyado

con sus sabios consejos durante la

elaboración de esta tesis.

VI

TRIBUNAL DE GRADO

Ing. Fernando Abad Montero, M. Sc Ing. Julio César Castro Rosado

DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR

CIENCIAS MATEMATICAS Y CISC, CIN

FISICAS

Ing. Darwin Patiño Nombres y Apellidos

DIRECTOR DE TESIS PROFESOR DEL ÁREA -

TRIBUNAL

Ab. Candy González Romero

SECRETARIA

VII

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de esta

Tesis de Grado, me corresponden

exclusivamente; y el patrimonio intelectual

de la misma a la UNIVERSIDAD DE

GUAYAQUIL”.

MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA

VIII




COMPUTACIONALES



ROBÓTICA

Tesis de Grado que se presenta como requisito para optar por el título de

INGENIERO en SISTEMAS COMPUTACIONALES

Autora: María José Chávez Plúa

C.I.: 092706207-5

Tutor: Ing. Darwin Patiño

Guayaquil, Enero del 2014

IX

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor de Tesis de Grado, nombrado por el Consejo

Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la

Universidad de Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Grado presentado por la

egresada María José Chávez Plúa, como requisito previo para optar por

el título de Ingeniero en Sistemas Computacionales cuyo problema es:

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA

RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA

considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

Chávez Plúa María José 092706207-5

Apellidos y Nombres Completos Cédula de ciudadanía N°


Guayaquil, Enero del 2014

X

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

Autorización para Publicación de Tesis en Formato Digital

1. Identificación de la Tesis

Nombre de la Alumna: María José Chávez Plúa

Dirección: Km. 11½ Vía Daule. Coop. Bastión Popular.

Teléfono: 2-100044 /0986820674 E-mail: [email protected]

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales

Título al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales

Profesor guía: Ing. Darwin Patiño

Título de la Tesis: Desarrollo e Implementación de Estrategias para la Resolución de Laberintos Aplicado a la Robótica

Temas Tesis: Laberinto resuelto por robot automatizado

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica de la Tesis A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de esta tesis. Publicación electrónica:

Inmediata X Después de 1 año

Firma Alumno: María José Chávez P.

3. Forma de Envío:

El texto de la Tesis debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.

DVDROM X CDROM

XI

ÍNDICE GENERAL

CARTA DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR IX

ÍNDICE GENERAL XI

ABREVIATURAS XIII

ÍNDICE DE CUADROS XIV

ÍNDICE DE GRÁFICOS XVI

RESUMEN XXI

(ABSTRACT) XXII

INTRODUCCIÓN 1

CAPITULO I – EL PROBLEMA 4

1.1 Ubicación del Problema en un Contexto 4

1.2 Situación Conflicto Nudos Críticos 5

1.3 Causas y Consecuencias del Problema 6

1.4 Delimitaciones del Problema 7

1.5 Formulación del Problema 7

1.6 Evaluación del Problema 8

1.7 Objetivos del Problema 9

1.8 Alcance del Problema 10

1.9 Justificación e Importancia 12

CAPÍTULO II – MARCO TEÓRICO 15

2.1 Antecedentes del Estudio 15

2.2 Fundamentación Teórica 16

2.3 Fundamentación Legal 55

2.4 Preguntas a Contestarse 66

2.5 Variables de la Investigación 67

2.6 Definiciones Conceptuales 68

XII

CAPÍTULO III – METODOLOGÍA 71

3.1 Diseño de la Investigación 71

3.2 Población 73

3.3 Operacionalización de Variables 74

3.4 Instrumentos de Recolección de Datos 75

3.5 Procedimientos de la Investigación 76

3.6 Recolección de la Información 78

3.7 Procesamiento y Análisis 79

3.8 Criterios para la Elaboración de la Propuesta 90

3.9 Criterios para la Evaluación de la Propuesta 91

CAPÍTULO IV – MARCO ADMINISTRATIVO 92

4.1 Cronograma 92

4.2 Presupuesto 94

CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 97

5.1 Conclusiones 97

5.2 Recomendaciones 98

BIBLIOGRAFÍA 99

ANEXOS 101

XIII

ABREVIATURAS

IA Inteligencia Artificial

PIC Controlador de Interfaz Periférico

IDE Entorno de Desarrollo Integrado

COFF Code Object File Format

EDT Estructura de Descomposición del Trabajo

ELSIE Electro Light Sensitive Internal External

TMI Three Mile Island

ICSP Programación Serial en Circuito

PSD Dispositivo de Percepción de Posición

DC Corriente Directa

RPM Revoluciones por Minuto

PWM Modulación por Ancho de Pulsos

RA Robot Autónomo

SPSS Statistical Package for the Social Sciences

XIV

ÍNDICE DE CUADROS

CUADRO 1

Causas y Consecuencias del Problema 6

CUADRO 2

Delimitación del Investigación 7

CUADRO 3

Delimitación Geográfica 7

CUADRO 4

Tipos de Agentes en su Ambiente 46

CUADRO 5

Variables de la Investigación 67

CUADRO 6

Población de la Investigación 73

CUADRO 7

Operacionalización de Variables 74

CUADRO 8

Instrumentos de Recolección de Datos 75

CUADRO 9

Encuesta para Estudiantes - Pregunta 1 80

CUADRO 10


CUADRO 11


XV

CUADRO 12


CUADRO 13


CUADRO 14


CUADRO 15


CUADRO 16

Cronograma 92

CUADRO 17

Ingresos 94

CUADRO 18

Egresos 95

CUADRO 19

Detalles del Cronograma 106

CUADRO 20

Detalles de la Propuesta 111

CUADRO 21

Especificaciones del Programador P.PIC I&T04 114

CUADRO 22

Especificaciones del Puente P.H I&T04 116

CUADRO 23

Especificaciones del M.E I&T04 118

XVI

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1

Mano Robótica 17

GRÁFICO 2

Primer Robot Elektro 18

GRÁFICO 3

Robot Soldador 22

GRÁFICO 4

Robot para Rehabilitación 23

GRÁFICO 5

Transbordador Columbia 25

GRÁFICO 6

Robot Lego 26

GRÁFICO 7

Robot Manipulador 27

GRÁFICO 8

Robot de Aprendizaje 28

GRÁFICO 9

Robots con Control 28

GRÁFICO 10

Robots Inteligentes 29

GRÁFICO 11

Robot Porliarticulado 30

XVII

GRÁFICO 12

Robot Androide Honda Asimo 32

GRÁFICO 13

Robots Zoomórficos 33

GRÁFICO 14

Robot Híbrido 34

GRÁFICO 15

Prótesis 35

GRÁFICO 16

Robot de Cirugía Laparoscópica 36

GRÁFICO 17

Robots Teleoperadores 36

GRÁFICO 18

Robot Móvil 37

GRÁFICO 19

Esquema Básico de un Robot Móvil 38

GRÁFICO 20

Competición de Robots 39

GRÁFICO 21

Agente 42

GRÁFICO 22

Logo MikroBasic 51

GRÁFICO 23

Interfaz de MikroBasic 53

XVIII

GRÁFICO 24

Esquema de un Programa Básico 54

GRÁFICO 25


GRÁFICO 26


GRÁFICO 27


GRÁFICO 28


GRÁFICO 29


GRÁFICO 30


GRÁFICO 31


GRÁFICO 32

Diagrama de Gantt del Proyecto 93

GRÁFICO 33

Diagrama de Gantt del Cronograma Detallado 110

GRÁFICO 34

EDT 112

GRÁFICO 35

Programador P.PIC I&T 04 113

XIX

GRÁFICO 36

Sensor Infrarrojo 115

GRÁFICO 37

Puente P.H I&T 04 116

GRÁFICO 38

M.E I&T 04 117

GRÁFICO 39

Micromotor 119

GRÁFICO 40

Dimensiones del Micromotor 120

GRÁFICO 41

Rueda Loca 120

GRÁFICO 42

Llantas Wheel 121

GRÁFICO 43

Batería 9V 122

GRÁFICO 44

Diseño del Laberinto 122

GRÁFICO 45

Ensamblaje Nivel I 124

GRÁFICO 46

Ensamblaje Nivel II 125

GRÁFICO 47

Ensamblaje Nivel III 125

XX

GRÁFICO 48

Construcción del Laberinto 126

GRÁFICO 49

Comportamiento 1 127

GRÁFICO 50


GRÁFICO 51


GRÁFICO 52

Compilación del Programa 136

XXI







RESUMEN

Los últimos años la robótica ha tenido un gran avance a nivel mundial, la

necesidad de desarrollar este tipo de tecnología tiene un único objetivo,

el de facilitar la vida diaria del hombre, es decir, cumplir con tareas de

mayor complejidad y de alto riesgo para el ser humano como sitios de

difícil acceso en un derrumbe o averías en tuberías de oleoductos, etc.

Estos robots autónomos son programados con algoritmos de búsqueda o

desplazamientos en diferentes tipos de áreas así como el manejo de

sensores para el reconocimiento del entorno en cual el robot se

desplazará. Este proyecto describe el diseño, construcción y

programación del robot Majo que es capaz de encontrar la salida de un

laberinto en base al algoritmo que se ha implementado en él. Implementar

el control del robot móvil incluye control de motores, acondicionamiento y

manejo de sensores que recogen información del medio en que se

desenvuelve el robot. Para la toma de decisiones e implementación del

algoritmo de desplazamiento se utilizó un procesador digital de señales.

La información proporcionada por los sensores montados en el robot sirve

de base para que el M.E.I&T 04 la procese y con ayuda del algoritmo

implementado pueda desplazarse dentro del laberinto sin dificultades.

XXII







ABSTRACT

The last years the robotics has had a global breakthrough, the need to

develop this kind of technology has an only objective, to facilitate man's

daily life, comply with more complex tasks and high risk for the human

being, as inaccessible sites in a landslide or damage in pipeline pipe, etc.

These autonomous robots are programmed with search algorithms or

displacements in different types of areas as handling sensors for the

recognition of the environment in which the robot will move. This project

describes the design, construction and programming of Majo robot that is

able to find the exit of a maze based on the algorithm that is implemented

in it. Implement the control of robot mobile includes motor control,

packaging and handling of sensors that collect information from the

environment in which operates the robot. For the decisionmaking and

implementation of the displacement algorithm was used a digital signal

processor. The information provided by the sensors mounted on the robot

serves of basis for that the M.E.I&T 04 the process and using the

algorithm implemented can move around the maze without difficulty.

1

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la inteligencia del hombre ha sido destacada por la

creación de herramientas tecnológicas para facilitar y mejorar la vida de

las personas en diferentes áreas de trabajo. Una de sus herramientas

más innovadoras es el diseño de robots.

Los robots son agentes mecánicos programables que cumplen con una

función específica para facilitar las actividades diarias del hombre por lo

que se puede considerar que: “Los robots actuales son obras de

ingeniería y como tales concebidas para producir bienes y servicios

o explotar recursos naturales.” (Aníbal Ollero, 2007:1).

Las funciones principales que un robot tiene que cumplir son:

Locomoción: el robot deberá ser capaz de moverse de un punto a

otro sin ninguna dificultad.

Percepción: el robot tendrá la capacidad de reconocer el entorno en

que se está desplazando por medio de sensores.

Toma de decisiones: el robot tendrá a su disposición varias opciones

y deberá ser capaz de tomar una decisión y escoger la opción más

óptima para cumplir con su objetivo.

2

El presente estudio permite mostrar de forma clara el diseño y desarrollo

de un robot vehículo que tiene como objetivo principal dar solución a un

laberinto previamente diseñado. Para tal efecto se emplean técnicas para

el levantamiento de datos tales como encuestas, entrevistas o consultas a

estudiantes y expertos en esta línea de conocimientos.

En EL CAPÍTULO I - EL PROBLEMA, se describe la transformación de las

ideas preliminares a un planteamiento del problema mediante

investigaciones que demostró las causas, consecuencias, justificación y

delimitación respectiva.

En EL CAPÍTULO II - EL MARCO TEÓRICO, se describe el proceso que

se llevó a cabo para la construcción del proyecto, como las etapas,

preguntas a contestarse y la orientación en el trabajo metodológico.

En EL CAPÍTULO III – LA METODOLOGÍA, se describe las diversas

modalidades, categorías y diseños que se emplearon en la investigación,

también se demuestra la operacionalización de las variables, además de

los procedimientos que se adoptaron para el análisis de los resultados.

En EL CAPÍTULO IV – MARCO ADMINISTRATIVO se describe el

cronograma y presupuesto para el desarrollo de una tesis en robótica,

ajustándose a todos los requerimientos que aprueba la creación de un

robot laberinto.

3

En EL CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES se

presenta un análisis del desarrollo de la tesis; además, se plantea una

serie de recomendaciones.

En EL CAPÍTULO VI – PROPUESTA se explica los procedimientos y

actividades que permitieron lograr los objetivos y metas de la manera más

eficiente y efectiva.

4

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Ubicación del Problema en un Contexto

La robótica realiza aportaciones muy importantes al hombre las cuales

puede comprobarse en muchas instancias. No son sólo aportaciones a las

industrias sino que también a la docencia e investigación en Inteligencia

Artificial y reconocimientos de patrones.

El presente estudio considera diseñar un robot vehículo que sea capaz de

resolver un laberinto de paredes tomando sus propias decisiones, que se

ajusta a las características definidas por las normas para los robots que

compiten en está área. El robot es un dispositivo complejo con tres partes

diferenciadas:

1. La parte mecánica: Soporta todo el robot, por lo tanto la elección de

la forma, dimensiones y materiales se deben tomar adecuadamente

para que el robot pueda navegar por el reducido espacio que dispone

en el laberinto además de determinar la rapidez con la que podrá

moverse.

2. La parte electrónica: Se compone de los motores, sensores y

controladores, es decir, la capa de hardware, encargada de recibir,

conducir y procesar las señales.

5

3. La parte programable: son las instrucciones que procesa el

microcontrolador, este recibe los datos del exterior por medio de los

sensores y produce salidas que son enviadas a los motores para

producir el comportamiento esperado del robot.

1.2 Situación Conflicto Nudos Críticos

Los robots ya no son considerados un lenguaje extraño, sus avances

tienen un gran impacto a nivel mundial. Estas máquinas programadas

facilitan las actividades diarias del hombre, no sólo en las labores de alto

riesgo sino que también en oficios que son altamente estresantes para la

existencia humana.

El robot tiene como objetivo principal hallar una salida del laberinto para

cumplir con dicho objetivo posee tres sensores, los cuales receptan la

información de su entorno, este las envía al microcontrolador que tiene

implementado un algoritmo que procesa la información para que los

motores ejecuten dicha acción.

El algoritmo que el robot tiene implementado le permite realizar todos sus

movimientos con autonomía, es decir, no necesita de la intervención del

hombre. Además de poseer un buen sistema de locomoción que le

permitirá moverse con mucha flexibilidad y rapidez.

6

1.3 Causas y Consecuencias del Problema

CUADRO N° 1

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA

CAUSAS CONSECUENCIAS

Alto costo de equipos para

realizar prácticas.

No poder realizar pruebas de

verificación.

Poco conocimientos en el

campo de la robótica

Desconocimientos de la tecnología con

la que cuenta la industria.

Falta de inversión del estado en

proyectos que apliquen la

robótica.

Dependencia de los proveedores

extranjeros para capacitaciones,

adquisiciones de componentes para

diseñar y desarrollar un robot. .

Poca vinculación de la

Universidad en los avances

tecnológicos.

Falta de interés en los estudiantes de

desarrollar proyectos aplicados a la

robótica.

La falta de un estudio que

refleje la necesidad de contar

con talentos humanos formados

en robótica.

No formar profesionales con

conocimientos actualizados.

Falta de convenios

interinstitucionales con centros

de investigación del exterior.

Falta de retroalimentación con lo que

se está desarrollando en otras

universidades del mundo.

La falta de investigación. Escases de creatividad e inventiva.

Deterioro de algunas partes del

robot con el paso del tiempo.

Renovación de partes deterioradas del

robot.

El aumento excesivo de la

robótica. Desplazamiento de la mano de obra

Facilitación de vida de los seres

humanos.

El robot podrá ocuparse de ciertas

cuestiones más importantes

maximizando su tiempo de búsqueda y

los resultados que aportan al mundo.

Elaboración: María José Chávez

Fuente: Datos de la Investigación

7

1.4 Delimitaciones del Problema

CUADRO N° 2

DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Campo: Educación Superior.

Área: Robótica

Aspecto: Programa orientado a la toma de decisiones

implementadas en un robot móvil.

Tema: Desarrollo e Implementación de Estrategias para la

Resolución de Laberintos Aplicado a la Robótica.



CUADRO N° 3

DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA

Geográfica:


Facultad de Ciencias Matemáticas y Física

Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales y

Networking.

Baquerizo Moreno y Víctor Manuel Rendón.

Tiempo: 2012

Espacio: 2012 – 2013



1.5 Formulación del Problema

El problema que encontramos es: ¿Cómo construir un robot que sea

capaz de encontrar una salida a un laberinto sin intervención externa?

8

1.6 Evaluación del Problema

Relevante: La robótica es una realidad que se construye a diario en

las facultades de Ingeniería, una herramienta excepcional para motivar

a los estudiantes, despertar su creatividad y generar espacios de

aprendizaje mucho más ricos que aquellos que conforman las aulas

tradicionales.

Original: El proyecto es totalmente novedoso porque además de

despertar curiosidad, motiva a otros estudiantes a interesarse por la

robótica. Además de ser un avance tecnológico que aporta grandes

beneficios a la sociedad.

Concreto: El proyecto diseñado y desarrollado tiene un único objetivo

planteado, el cual es, resolver cualquier tipo de laberinto que se le

presente.

Factible: El proyecto cuenta con toda la información tecnológica

necesaria para su desarrollo, de acuerdo a todos los requerimientos

que se presenten, así mismo con el tiempo suficiente para cubrir el

alcance propuesto en el tiempo determinado.

Identifica los productos esperados: Durante el proceso del proyecto

se obtiene productos esperados como el alcance, robot tipo vehículo y

el laberinto.

9

Claro: El proyecto consiste en diseñar y programar un robot que sea

capaz de tomar sus propias decisiones para encontrar la salida de un

laberinto previamente diseñado.

1.7 Objetivos del Problema

Objetivos Generales

Diseñar y desarrollar un robot tipo vehículo robusto y eficiente que sea

capaz de resolver laberintos.

Determinar la incidencia de la robótica en investigaciones educativas.

Desarrollar una tesis en robótica orientado a la toma de decisiones con

la convicción de que sean las más acertadas.

Objetivos Específicos

Comparar conocimientos de los componentes disponibles para diseñar

el robot y mediante un análisis poder llegar a determinar la mejor

elección.

Analizar los posibles programas que se necesitarán para la

programación de los componentes.

10

Elaborar algoritmos de comunicación con el robot, que permita

ejecutar acciones y extraer los datos que se usarán para realizar el

objetivo principal.

Diseñar y construir un entorno para que el robot implemente el

algoritmo desarrollado para cumplir su objetivo.

Realizar las pruebas correspondientes para la verificación del

proyecto.

Analizar los resultados finales obtenidos.

1.8 Alcance del Problema

El proyecto se basa en diseñar y programar un robot, compuesto por

diferentes componentes electrónicos y diferentes elementos para sostener

a dichos componentes, teniendo como objetivo principal hallar la salida de

un laberinto previamente diseñado. La idea es ubicar al robot móvil en

cualquier punto de partida del laberinto y él automáticamente, sin ningún

tipo de ayuda, deberá resolver cómo salir del laberinto.

El diseño es capaz de afrontar todo tipo de obstáculos con el fin de

encontrar las mejores y posibles rutas de salida con el algoritmo de

seguimiento de la mano derecha, para afrontar el problema el robot

deberá ser capaz de tomar decisiones pertinentes de acuerdo a las

11

opciones con las que cuente. La pista cuenta con varios muros,

específicamente de color blanco, que obstaculizan el libre movimiento del

móvil, el robot mediante unos sensores deberá buscar la orientación,

estos le permitirán saber cuándo se encuentra fuera de ruta o si algún

obstáculo impide su avance. El robot realizará su próximo movimiento de

acuerdo a la información procesada que le entregue el microcontrolador y

así sucesivamente hasta que encuentre la salida.

Como en todo proyecto existen limitaciones y este no es la excepción. A

continuación se detallan las limitaciones que presenta el proyecto:

El tamaño de la rueda que use el robot para desplazarse es muy

importante, ya que si se hace un cambio de ruedas, por ejemplo más

grandes de las que incluye el kit del robot, la potencia del motor sería

insuficiente para hacer girar las ruedas.

El diseño es un robot tipo móvil, por lo que si se requiere utilizar otro

tipo de robot se tendría que buscar la manera de adaptar las formas de

comunicación, entradas y salidas.

El entorno en el que se desenvolverá el robot será de color blanco

tanto las paredes como el piso, ya que los sensores tienden a detectar

con mayor facilidad ese color.

12

El robot se desplazará dentro de un entorno predefinido buscando

siempre su derecha hasta llegar a la meta. En el entorno, el robot

encontrará obstáculos en diferentes puntos y deberá esquivarlos, para

así llegar a su destino.

1.9 Justificación e Importancia

Actualmente en la Carrera de Sistemas Computacionales, la mayoría de

los proyectos de titulación están orientados al desarrollo de software,

dejando a un lado un aspecto importante de la tecnología: la

programación de robots.

La robótica ocupa un lugar muy importante en la mayor parte de las

universidades a nivel mundial, es por ello que la Carrera de Sistemas

Computacionales debe tener en cuenta esta situación y fomentar el

crecimiento del grupo de robótica, lo cual le permitirá resolver

problemáticas actuales a nivel mundial.

El proyecto se enfoca en realizar la planificación para un robot vehículo,

cuyos componentes que lo conforman son de la empresa Ideas &

Tecnología, la cual permitirán controlar los movimientos del robot. Por otra

parte, esta investigación puede motivar a otros alumnos de la carrera para

que participen con mayor frecuencia en proyectos relacionados con el

área de robótica.

13

Actualmente en países con alta tecnología usan a los robots para realizar

actividades peligrosas o estresantes para el ser humano, por ejemplo en

casos donde las tareas son realizadas en espacios muy estrechos donde

la persona no puede acceder con facilidad, un robot podría fácilmente

cumplirla.

La importancia del proyecto puede ser establecida desde el ámbito

científico. Bajo este punto de vista se establece que un sistema de

aprendizaje, para navegación en laberintos, constituye una forma de

inteligencia artificial básica en la robótica móvil; a través de la cual, se

concede mayor autonomía al prototipo en la toma de decisiones, auto

programación, movilidad y percepción del entorno en el que se encuentra

trabajando.

Complementariamente el proyecto representa el primer paso para el

desarrollo de un sistema más complejo de inteligencia artificial que

otorgue mayor autonomía al robot, convirtiéndolo en un producto cotizable

y atractivo para más de un tipo de mercado comercial y aplicativo, entre

los cuales se puede citar:

Como herramienta de transporte autónomo de material de

cualquier tipo en el área industrial.

Como asistente de departamentos con tareas de traslado de

artículos de oficina.

14

Como coche de curación para el transporte de instrumentos

médicos en clínicas.

Como camilla inteligente con velocidades mayores a las otorgadas

por los paramédicos en el área de emergencia de los hospitales.

Como robot de rescate.

Como robot de exploración en múltiples entornos (de acceso

riesgoso y de difícil comunicación).

Como robot mesero.

Como robot botones.

Adicionalmente se decidió optar por el proyecto, por la pasión e interés

personal que desde el transcurso de mis estudios en la carrera, he

presentado respecto a los tópicos que se encuentran relacionados

directamente con los sistemas de inteligencia artificial y robótica en

general; representando un muy interesante reto personal de trabajo,

dedicación, estudio e ingenio.

15

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes del Estudio

El hombre en sus inicios de la robótica siempre encontró cierta

fascinación en crear máquinas que imitan los movimientos y figuras de los

seres vivos, y desde entonces hasta la actualidad se ha impuesto en dar

vida a seres artificiales que realicen tareas pesadas y repetitivas para el

ser humano.

En la actualidad los robots son considerados sistemas complejos a

desarrollar ya que no sólo están orientados a la parte mecánica sino

también a la electrónica. Por lo general los robots tienen una arquitectura

que está compuesta por sensores, motores y microcontroladores que le

permitirán tener una mejor percepción de su entorno y mayor flexibilidad

al realizar sus movimientos.

Además de cumplir con requisitos básicos en la robótica, como lo son la

autonomía e inteligencia que les permite realizar las tareas con una mayor

exactitud; por lo que muchos han llegado a pensar que muy pronto la

mano de obra será desplazada por estos seres artificiales.

16

2.2 Fundamentación Teórica

Robótica

Por siglos, el ser humano ha construido máquinas que imitan partes del

cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las

estatuas de sus dioses; los griegos construyeron estatuas que operaban

con sistemas hidráulicos, los cuales eran utilizados para fascinar a los

adoradores de los templos.

Pero el inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del

siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil

programable mediante tarjetas perforadas. Luego, la Revolución Industrial

impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos.

Además de esto, durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron

construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas

características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios

músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. En 1805, Henri

Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer

dibujos.

La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el

procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e

inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.

17

Con el paso del tiempo se ha confirmado que la robótica ofrece un

excelente compromiso entre productividad y flexibilidad, una calidad

uniforme de los productos, una sistematización de los procesos y la

posibilidad de supervisar y/o controlar las plantas según diferentes

parámetros y criterios.

Las ventajas principales de los sistemas robotizados son el aumento de la

productividad, alta flexibilidad, excelente calidad y mejora de la seguridad,

además de mejorar las condiciones de trabajo y la calidad de vida de los

ciudadanos, sustituyendo tareas penosas por otras que se efectúan en

condiciones mucho más ventajosas.



GRÁFICO N° 1

MANO ROBÓTICA

18

El robot más destacado de la historia fue Elektro que fue creado por la

sede Westinghouse Electric Corporation, en Pittsburgh entre 1937 y 1938.

El robot mide dos metros de altura, pesa 265 libras, apariencia

humanoide, podía caminar por comando de voz, podía decir 700 palabras.

Su cuerpo consistía en un engranaje de acero, y su esqueleto de levas,

que para los que no sepan lo que es una leva es un elemento mecánico

hecho de algún material que va sujeto a un eje y tiene un contorno con

forma especial, está cubierto de una piel de aluminio, sus ojos podían

distinguir la luz roja y la verde.



GRÁFICO N° 2

PRIMER ROBOT ELEKTRO

19

Leyes de la Robótica

El escritor de ciencia-ficción Isaac Asimov en una de sus historias llamada

I robot (Yo, robot) proporciona sus tres leyes de la robótica las cuales, han

sido aceptadas por todo el mundo como las únicas leyes para la

fabricación de los mismos. Sus tres leyes son las siguientes:

Primera Ley: Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño. Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando éstas entren en conflicto con la Primera Ley. Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia integridad, siempre y cuando esto no impida el cumplimiento de la Primera Ley y Segunda Ley. (Isaac Asimov, 1950:3).

Sin embargo él mismo, presenta una obra en la cual un robot se ve

obligado a herir a un humano por el bien de la humanidad misma. Gracias

a ésta obra surge una nueva ley denominada como Ley Cero la cual dice

lo siguiente: “Un robot no puede lastimar a la humanidad o, por falta

de acción, permitir que la humanidad sufra daños.” (Isaac Asimov,

1985:181).

Además del surgimiento de ésta ley y, debido a que la Ley cero entra en

conflicto con la primera ley se decidió cambiar la primera ley quedando de

la siguiente manera: “Un robot no debe dañar a un ser humano, o

permitir, por inacción, que un ser humano sufra daño, a menos que

tal acción viole la Ley Cero." (Isaac Asimov, 1985:181).

20

Estas son las cuatro principales leyes conocidas en el mundo sin embargo

no está demás mencionar también las tres leyes de la humánica que

también se refieren a los robots y que se dan a continuación:

Primera Ley Humánica: Un ser humano no puede perjudicar a otro ser humano, ni, por omisión, permitir que un ser humano sufra daño alguno. Segunda Ley Humánica: Un ser humano debe dar a un robot órdenes que preserven la existencia robótica y no pedirle nada que le obligue a enfrentarse innecesariamente a la clase de dilema que podría causar daño o trastorno a los seres humanos. Tercera Ley Humánica: Un ser humano no debe perjudicar a un robot o, por omisión, permitir que un robot sufra daños, a menos que tales daños sean necesarios para impedir que sea perjudicado o lesionado un ser humano o para que se cumpla una orden vital. (Isaac Asimov, 1990:377,378).

Funciones Fundamentales de un Robot

Un robot posee tres funciones fundamentales:

La locomoción.- Es la acción y efecto que tiene el robot de moverse

de un punto a otro. Para la ejecución de este punto se toma en

consideración los motores y mecanismos que permiten el

desplazamiento. Los medios de desplazamiento son numerosos y es

conveniente aplicar un tratamiento diferente dependiendo de que el

móvil se vaya a desplazar por el suelo o dentro de un determinado

medio.

21

La percepción.- Esta parte del robot normalmente es la más difícil de

construir. En este punto, el robot, por medios de sensores puede

distinguir el entorno en que se está desplazando.

La decisión.- Los datos que provienen de los diferentes sensores,

deben ser interpretados como otros tantos elementos útiles para la

toma de decisiones sobre la acción que hay que llevar a cabo, siendo

el objetivo dar las órdenes correctas a los actuadores. En un robot

móvil es necesario asignar prioridades en función de la información

que es recibida.

En esta fase, es necesario proporcionarle alguna forma de inteligencia

al robot para que tenga la posibilidad de elegir la acción que va a llevar

a cabo. Esta toma de decisiones suele ser arbitraria al comienzo, pero

permite desarrollar una forma de aprendizaje que tenga en cuenta los

resultados de las decisiones anteriores.

Aplicaciones de la Robótica

Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots

tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria

automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial. Cada

robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no

obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a

través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la

22

introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un

gran impacto. Se hace indispensable que la planificación de los recursos

humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.

Industria

Los robots industriales surgen de la convergencia de tecnologías del control automática y, en particular, del control de máquinas herramientas, de los manipuladores teleoperados, y de la aplicación de computadores en tiempo real. (Aníbal Ollero, 2007:2).

Estos robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales

como lo son: la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de

spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en

la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.



GRÁFICO N° 3

ROBOT SOLDADOR

23

Laboratorios

Estos tipos de robots están encontrando un gran número de aplicaciones

en los laboratorios. Llevan a cabo con efectividad tareas repetitivas como

la colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de

medición. En ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados para

realizar procedimientos manuales automatizados. Un típico sistema de

preparación de muestras consiste de un robot y una estación de

laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks

de tubos de pruebas, etc.

Los fabricantes de estos sistemas mencionan tener tres ventajas sobre la

operación manual: incrementan la productividad, mejoran el control de

calidad y reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas.



GRÁFICO N° 4

ROBOT PARA REHABILITACIÓN

24

Manipuladores cinemáticos

El accidente en la planta nuclear de Three Mile Island en Pennsylvania en

1979 estimuló el desarrollo y aplicación de los robots en la industria

nuclear. El reactor número 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y provocó la

destrucción de la mayoría del reactor, y dejo grandes áreas del reactor

contaminadas, inaccesible para el ser humano.

Los robots más recientes han sido utilizados para soldar a control remoto

y la inspección de tuberías en áreas de alta radiación. Ésta clase de

robots son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para

detectar niveles de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un

mini laboratorio para hacer pruebas.

Agricultura

Entre los principales proyectos para esta área se encuentra una máquina

que esquila a las ovejas. La trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las

ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja.

Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un

conjunto de sensores que registran la información de la respiración del

animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora

que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del

cortador en tiempo real.

25

Espacio

El medio ambiente en el espacio es hostil para el ser humano, quien

requiere un equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en

el espacio por esa razón se han creado robots con los avances

necesarios para la exploración espacial.

Los teleoperadores son los que han encontrado aplicación en los

transbordadores espaciales. En marzo de 1982 el transbordador Columbia

fue el primero en utilizar este tipo de robots, aunque el ser humano

participa en la realización del control de lazo cerrado.



GRÁFICO N° 5

TRANSBORDADOR COLUMBIA

26

Educación

Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas

formas. Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de

control de robots como un medio de enseñanza.

Segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga en conjunción

con el lenguaje logo, fue creado con la intención de proporcionar al

estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las

matemáticas.

Tercero, está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de

manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos han

sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales.



GRÁFICO N° 6

ROBOT LEGO

27

Clasificación de la Robótica

Según su Cronología

La que a continuación se presenta es la clasificación más común:

1ª Generación - Manipuladores: Son sistemas mecánicos

multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de

secuencia fija o de secuencia variable.



2ª Generación - Robots de aprendizaje: Repiten una secuencia de

movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador

humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico.

El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le

sigue y los memoriza.

GRÁFICO N° 7

ROBOT MANIPULADOR

28



3ª Generación - Robots con control sensorizados: El controlador es

una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía

al manipulador para que realice los movimientos necesarios.



GRÁFICO N° 9

ROBOTS CON CONTROL

GRÁFICO N° 8

ROBOT DE APRENDIZAJE

29

4ª Generación - Robots inteligentes: Son similares a los anteriores,

pero además poseen sensores que envían información a la

computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una

toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.



Según su Arquitectura

La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del robot,

puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente

aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de

un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot.

Los robots según su arquitectura de dividen de la siguiente manera:

GRÁFICO N° 10

ROBOTS INTELIGENTES

30

Poliarticulados

Estos tipos de robots tienen diversas formas y configuraciones, además

de ser sedentarios y estructurados para mover elementos terminales en

un determinado espacio de trabajo. Los poliarticulados tienen un número

limitado de grados de libertad.



En este grupo, se encuentran los manipuladores, los robots industriales,

los robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona

de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un

plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.

GRÁFICO N° 11

ROBOT POLIARTICULADO

31

Androides

Es la denominación que se le da a un robot u organismo sintético

antropomorfo que, además de imitar la apariencia humana, imita algunos

aspectos de su conducta de manera autónoma.

En la robótica la actitud de los expertos hacia los autómatas humanoides

ha vacilado entre el entusiasmo y el escepticismo. Entusiasmo porque un

robot humanoide puede tener enormes ventajas para cierta clase de

funciones, escepticismo debido a que para que una máquina robótica sea

útil, ya se ha demostrado con ejemplos que la forma humana no es

necesaria, y a veces es incluso un estorbo, respecto a las capacidades

actuales de los androides.

La construcción de un robot que imite convincentemente aunque sea una

parte ínfima de la libertad de gestos y movimiento humanos, es una tarea

de una enorme complejidad técnica. De hecho, es un problema que en

varias instancias está todavía abierto a la investigación y a la mejora,

aunque ya existen varios ejemplos bastante meritorios en ese sentido, de

robots humanoides que imitan ciertas conductas y capacidades humanas.

Un ejemplo conocido en este sentido, es el robot ASIMO de Honda, que

es capaz de marchar en dos pies, de subir y bajar escaleras y de otra

serie de proezas de locomoción bípeda.

32



Zoomórficos

Estos tipos de robots pueden incluirse en el tipo de androides ya que

una de sus características principales es el sistema de locomoción que

imita los movimientos de seres vivos.

A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de

locomoción es conveniente agrupar a los robots zoomórficos en dos

categorías principales: caminadores y no caminadores.

GRÁFICO N° 12

ROBOT ANDROIDE HONDA ASIMO

33



Por lo general estos robots se dividen en dos tipos: caminadores y no

caminadores. Los caminadores son muy numerosos y están siendo objeto

de experimentos en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior

de verdaderos vehículos terrenos, piloteados o autónomos, capaces de

evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos

robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el

estudio de los volcanes.

Los robots zoomórficos no caminadores están muy poco evolucionados.

Los experimentos efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos

biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento

relativo de rotación.

GRÁFICO N° 13

ROBOTS ZOOMÓRFICOS

34

Híbridos

Corresponden a aquellos de difícil clasificación, cuya estructura se

sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas,

bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un

dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo

tiempo, uno de los atributos de los robots móviles y de los robots

zoomórficos.



Médicos

Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos

físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas

de mando. Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y

funciones de los órganos o extremidades que suplen.

GRÁFICO N° 14

ROBOT HÍBRIDO

35



Además existen robots médicos destinados a la realización de

intervenciones quirúrgicas como la telecirugía y la cirugía mínimamente

invasiva. Las ventajas más notables de los robots médicos son la

precisión y la miniaturización. Estos robots son utilizados, entre otros, en

el ámbito de la cirugía cardiaca, gastrointestinal, pediátrica o de la

neurocirugía. En estos casos, lo que se pretende es realizar manualmente

una tarea a través de un robot, de forma que un programa informático

pueda supervisar o corregir imprecisiones o errores humanos, y hacer

posible acciones que, dadas las limitaciones del hombre, no se pueden

realizar o son muy difíciles de realizar.

GRÁFICO N° 15

PRÓTESIS

36



Teleoperadores

Estos tipos de robots se controlan remotamente por un operador

humano. Cualquiera que sea su clase, los teleoperadores son

generalmente muy sofisticados y extremadamente útiles en entornos

peligrosos tales como residuos químicos y desactivación de bombas.



GRÁFICO N° 16

ROBOT DE CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA

GRÁFICO N° 17

ROBOT TELEOPERADORES

37

Móviles

Son robots con grandes capacidades de desplazamiento, basadas en

carros o plataformas y dotadas de un sistema locomotor de tipo

rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la

información recibida de su entorno a través de sus sensores.

El propósito fundamental de los robots móviles es el desplazamiento

en un entorno conocido o desconocido. Es por ello que es necesario

conocer la posición del robot en su universo de manera precisa o

relativa, según sea la tarea a la cual va a desempeñar.



GRÁFICO N° 18

ROBOT MÓVIL

38

El GRÁFICO N° 19, muestra claramente la constitución general de un

robot móvil básico y el conjunto de procesos que conduce a la creación.



Competencias Robóticas

Una competición de robótica es una competición donde robots diseñados,

construidos o programados por diferentes participantes compiten según

un conjunto determinado de reglas. Diferentes organismos nacionales e

internacionales regulan las normas de estas competiciones, como por

ejemplo la Liga Nacional en España, la Robocup en competiciones de

fútbol o la First Lego League en robótica para niños.

GRÁFICO N° 19

ESQUEMA BÁSICO DE UN ROBOT MÓVIL

39



Actualmente existen varias clases de competiciones, siendo las más

populares en varios países el rastreo de línea, el laberinto, los cowbots, la

lucha sumo y las carreras de bípedos.

Velocistas: En esta competición, los robots participantes deben

completar un circuito cerrado corriendo uno contra otro.

Rastreo de línea: En esta competición, los robots participantes deben

seguir una línea trazada en el suelo en el menor tiempo posible. La

complejidad del recorrido puede variar.

GRÁFICO N° 20

COMPETICIÓN DE ROBOTS

40

Laberinto: Existen distintas variantes de la competición de laberinto. El

laberinto puede estar hecho con paredes delimitadoras de los caminos

posibles, o dibujado en el suelo con una línea.

Cowbots: En esta prueba, dos robots se enfrentan en una arena de

combate de una medida previamente conocida. Ambos robots tienen

un arma a distancia y un arma para combate cuerpo a cuerpo. El arma

a distancia consiste en un lanzador de algún tipo de proyectil, por lo

general muy liviano, que no cause daños a su objetivo. Los dos robots

deben enfrentarse en la zona de combate hasta que uno de los dos es

alcanzado por un proyectil del otro, o por su arma de lucha directa.

Sumo: En este estilo de competición dos robots se enfrentan dentro de

una zona delimitada; la idea es que ambos intentan sacarse

mutuamente de esta zona.

Carrera de bípedos: Mientras que en las competencias mencionadas

anteriormente los robots suelen tener una estructura rodada, en la

carrera de bípedos se enfrentan robots cuyo movimiento utiliza dos

extremidades inferiores (análogas a las extremidades inferiores de los

animales bípedos). Los robots compiten en una línea recta, siendo el

ganador el robot que atraviese el recorrido definido primero.

41

Inteligencia Artificial

“La inteligencia artificial puede considerarse como una metodología

ideada para el uso de computadoras para simular varios aspectos

del comportamiento inteligente.” (Alberto Prieto, 2002:28).

También puede ser tomada como ciencia si se enfoca hacia la

elaboración de programas basados en comparaciones con la eficiencia

del hombre, contribuyendo a un mayor entendimiento del conocimiento

humano. Si por otro lado es tomada como ingeniería, basada en una

relación deseable de entrada-salida para sintetizar un programa de

computador. El resultado es un programa de alta eficiencia que funciona

como una poderosa herramienta para quien la utiliza.

A través de la IA se han desarrollado los sistemas expertos que pueden

imitar la capacidad mental del hombre y relacionan reglas de sintaxis del

lenguaje hablado y escrito sobre la base de la experiencia, para luego

hacer juicios acerca de un problema, cuya solución se logra con mejores

juicios y más rápidamente que el ser humano. Se diferencian estos tipos

de inteligencia artificial:

Sistemas que piensan como humanos: Tratan de emular el pensamiento humano; por ejemplo las redes neuronales artificiales. La automatización de actividades que vinculamos con procesos de pensamiento humano, actividades como la toma de decisiones, resolución de problemas, aprendizaje.

42

Sistemas que actúan como humanos: Tratan de actuar como humanos; es decir, imitan el comportamiento humano; por ejemplo la robótica. El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas que, por el momento, los humanos hacen mejor. Sistemas que piensan racionalmente: Tratan de imitar o emular el pensamiento lógico racional del ser humano; por ejemplo los sistemas expertos. El estudio de los cálculos que hacen posible percibir, razonar y actuar. Sistemas que actúan racionalmente: Tratan de emular de forma racional el comportamiento humano; por ejemplo los agentes inteligentes .Está relacionado con conductas inteligentes en artefactos. (Stuart Russell y Peter Norvig, 2004:1).

Agentes Inteligentes

“Un agente es cualquier cosa capaz de percibir su medioambiente

con la ayuda de sensores y actuar en ese medio utilizando

actuadores.” (Stuart Russell y Peter Norvig, 2004:1).



GRÁFICO N° 21

AGENTE

43

Los agentes humanos tienen ojos, oídos y otros órganos que les sirven de

sensores, así como piernas, boca, manos que les sirven de efectores. En

los agentes robóticos, los sensores son sustituidos por cámaras y los

efectores son reemplazados mediante motores.

El agente puede operar sin la intervención del usuario aun si éste está

desconectado. Los agentes inteligentes incorporan funciones procedentes

de la inteligencia artificial. Tres características fundamentales de los

agentes inteligentes:

La inteligencia: el agente sabe razonar y aprende a partir de la

información que recoge.

La interactividad: el agente puede interactuar con su entorno y

otros agentes con el propósito de realizar una tarea.

La autonomía: el agente puede tomar decisiones de manera

autónoma.

Ambientes

El agente ejerce acciones sobre el ambiente, el que, a su vez, aporta

percepciones al agente. Los ambientes condicionan el diseño de los

agentes.

44

Propiedades de los Ambientes

Las diferencias básicas son las siguientes:

Accesibles y no accesibles: Si el aparato sensorial de un agente le

permita tener acceso al estado total de un ambiente, se dice que éste

es accesible a tal agente. Un agente es accesible si los sensores

detectan todos los aspectos relevantes a la elección de una acción.

Los ambientes accesibles son cómodos, ya que no es necesario que el

agente mantenga un estado interno para estar al tanto de lo que

sucede en el mundo.

Determinista y no determinista: Si el estado siguiente de un

ambiente se determina completamente mediante el estado actual y las

acciones escogidas por los agentes, el ambiente es determinista.

Episódico y no episódico: La experiencia de un agente se divide en

episodios. Cada episodio consta de un agente que percibe y actúa.

Los ambientes episódicos son más sencillos ya que el agente no tiene

que pensar por adelantado.

Estáticos y dinámicos: Si el ambiente sufre modificaciones mientras

el agente está deliberado, se dice que tal ambiente se comporta en

forma dinámica en relación con el agente se trabaja más fácil con

45

ambientes estáticos, ya que el agente no tiene que observar lo que

sucede en el mundo al mismo tiempo que decide sobre el curso de

una acción.

Si el ambiente no cambia con el paso del tiempo, pero sí se modifica la

calificación asignada al desempeño de un agente, se dice que el

ambiente es semidinámico.

Discretos y Continuos: Si existe una cantidad limitada de

percepciones y acciones distintas y claramente discernibles, se dice

que es un ambiente discreto. El caso más difícil se caracteriza por ser

inaccesible, no episódico, dinámico y continuo.

46

CUADRO N° 4

TIPOS DE AGENTES EN SU AMBIENTE

Tipo de

agente Percepciones Acciones Metas Ambiente

Sistema

para

diagnósticos

médicos

Síntomas,

evidencias y

respuestas del

paciente

Preguntas,

pruebas,

tratamientos

Paciente

saludable,

reducción al

mínimo de

costos

Paciente,

hospital

Sistema

para el

análisis de

imágenes

de satélite

Pixeles de

intensidad y

colores

diversos

Imprimir una

clasificación

de escena

Clasificación

correcta

Imágenes

enviadas

desde un

satélite

Robot

clasificador

de partes

Pixeles de

intensidad

variable

Recoger

partes y

clasificarlas

poniéndolas

en botes

Poner las

partes en el

bote que les

corresponda

Banda

transportadora

sobre la que

se encuentran

las partes

Controlador

de una

refinería

Lectura de

temperatura y

presión

Abrir y

cerrar

válvulas;

ajustar la

temperatura

Lograr

pureza,

rendimiento

y seguridad

máximos

Refinería

Asesor

interactivo

Palabras

escritas a

máquinas

Ejercicios

impresos,

sugerencias

y

correcciones

Que el

estudiante

obtenga la

máxima

calificación

en una

prueba

Grupo de

estudiantes



47

Lenguaje de Programación

“Un lenguaje de programación de robots sirve como interfaz entre el

usuario humano y el robot industrial” (John Craig, 2006:13).

Es un idioma artificial diseñado para expresar procesos que pueden ser

llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse

para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de

una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de

comunicación humana.

Los lenguajes de programación están formados por un conjunto de

símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el

significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se

escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente

de un programa informático se le llama programación.

Habitualmente, la programación de un robot resulta un proceso continuo

de ensayo y error. Por ello, la mayoría de los entornos de programación

son interpretados, pudiéndose realizar un seguimiento paso a paso de lo

programado y evitar el ciclo editar-compilar-ejecutar-reprogramar, costoso

en tiempo.

48

Es deseable una buena capacidad de depuración y ejecución paso a

paso. Un lenguaje de programación de robots se podría considerar ideal o

universal si cumpliese los siguientes requisitos:

Proporcionar tipos de datos convencionales (enteros, reales) pero

también otros específicos para:

El posicionamiento y orientación espacial de los elementos

actuadores.

La comprobación de sucesos, es decir, la recogida puntual o

continua de la información de las señales generadas por los

sensores y su almacenamiento en variables sensoriales.

Estas variables son de alcance global y no se inicializan

explícitamente en el programa, como las variables convencionales.

Asimismo, debe incorporar elementos de priorización de sucesos

en caso de activación simultánea de varios sensores.

Incorporar órdenes de movimiento de los actuadores en el espacio

cartesiano, sencillas y con posibilidad de elegir la trayectoria del punto

terminal entre la posición actual y la final. Asimismo, debe ser posible

memorizar la posición actual para continuar un movimiento en caso de

interrupción anormal.

49

También, debe contar con órdenes específicas para la realización de

retardos (esperas hasta que se concluya la ejecución de un

movimiento).

Proporcionar mecanismos específicos de inicialización y terminación

de las acciones del robot, como pueden ser el auto-test y el calibrado

inicial, o el posicionamiento en algunas coordenadas específicas al

principio o al final de la operación.

Incorporar medios de sincronización de sucesos, que modifiquen la

tarea normal en función de la ocurrencia de ciertos hechos o la llegada

de ciertas señales. Las acciones de un robot se sincronizan

normalmente para atender a cuatro tipos de sucesos:

Activación: Comenzar la acción al recibir una señal.

Terminación: Finalizar la acción al recibir una señal.

Error: Comenzar una secuencia de recuperación ante una señal de

error.

Anulación: Finalizar una acción ante la ausencia de señal de

terminación en un tiempo establecido.

50

Proporcionar concurrencia o paralelismo, de modo que se puedan

controlar simultáneamente todas sus articulaciones y permitir el

funcionamiento simultáneo con otros robots. Esto se puede conseguir

mediante:

Un lenguaje que permita concurrencia.

Un software que simule paralelismo mediante el reparto del tiempo

del procesador.

Usando varios elementos de computación (varios

microcontroladores).

Posibilitar la comunicación entre procesos cuando varios coexisten

simultáneamente. Esto se puede llevar a cabo mediante:

El uso de la memoria compartida.

La llamada remota a procedimientos.

El envío de mensajes.

Gozar de portabilidad a cualquier tipo de equipamiento del que se

disponga, con independencia del tipo de robot, de sensores, de

actuadores y de elementos terminales.

51

Puesto que estos lenguajes deben poder modificar en tiempo real el flujo

del programa dependiendo del estado de las señales de los sensores, el

sistema operativo que soporte tales lenguajes debe ser de tiempo real,

entendiendo por tal aquél que pueda responder a cualquier suceso

externo, es decir, a la petición de un programa, en un tiempo acotado

(suficientemente breve), sin posibilidad de que dicha petición pueda

quedar bloqueada indefinidamente

MikroBasic Pro

Hoy en día es muy común encontrarnos con una gran cantidad de

compiladores de alto nivel para los microcontroladores PIC de Microchip.

Uno de estos compiladores es MikroBasic de la empresa

MikroElectrónica.



GRÁFICO N° 22

LOGO MIKROBASIC

52

El entorno de desarrollo cuenta con una amplia variedad de

características tales como: una sintaxis Basic fácil de aprender, IDE fácil

de usar, un código muy compacto y eficiente, muchos equipos y

bibliotecas de software, la documentación completa, el simulador de

software, un depurador de hardware, la generación de archivos COFF,

etc. Además incluye muchos ejemplos prácticos que permiten un rápido

inicio en la programación de microcontroladores PIC.

Similar al uso de cualquier lengua que no está limitada a los libros y a las

revistas, el lenguaje de programación Basic no está estrechamente

relacionado a un tipo particular de ordenador, procesador o sistema

operativo. Esto puede ser un problema, ya que Basic varía ligeramente

dependiendo de su aplicación (como diferentes dialectos de una lengua).

El Basic es un lenguaje de programación simple y fácil de entender. Para

utilizarlo correctamente, basta con conocer sólo unos pocos elementos

básicos en los que consiste cada programa. Estos son:

Identificadores

Comentarios

Operadores

Expresiones

Instrucciones

Constantes

53

Variables

Símbolos

Directivas

Etiquetas

Procedimientos y funciones

Módulos

Pero cabe mencionar que la característica más destacada, es la inclusión

de un IDE que hace muy cómoda la programación, ya que resalta la

sintaxis del lenguaje, proporciona acceso muy rápido a la excelente ayuda

incluida, estadísticas sobre el uso de recursos del microcontrolador, y

muchas ventajas más.



GRÁFICO N° 23

INTERFAZ DE MIKROBASIC

54

En la siguiente figura se muestra la estructura de un programa simple

escrito en Basic, destacando las partes en las que consiste. Esto es un

ejemplo de cómo se debe escribir un programa.



GRÁFICO N° 24

ESQUEMA DE UN PROGRAMA BÁSICO

55

2.3 Fundamentación Legal

La fundamentación legal para los estudios según la nueva ley de

educación superior se refleja en los artículos:

Art. 8.- Serán Fines de la Educación Superior.- La educación superior

tendrá los siguientes fines:

a) Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la

producción científica y a la promoción de las transferencias e

innovaciones tecnológicas;

b) Fortalecer en las y los estudiantes un espíritu reflexivo orientado al

logro de la autonomía personal, en un marco de libertad de

pensamiento y de pluralismo ideológico;

c) Contribuir al conocimiento, preservación y enriquecimiento de los

saberes ancestrales y de la cultura nacional;

d) Formar académicos y profesionales responsables, con conciencia

ética y solidaria, capaces de contribuir al desarrollo de las

instituciones de la República, a la vigencia del orden democrático, y

a estimular la participación social;

56

e) Aportar con el cumplimiento de los objetivos del régimen de

desarrollo previsto en la Constitución y en el Plan Nacional de

Desarrollo;

f) Fomentar y ejecutar programas de investigación de carácter

científico, tecnológico y pedagógico que coadyuven al

mejoramiento y protección del ambiente y promuevan el desarrollo

sustentable nacional;

g) Constituir espacios para el fortalecimiento del Estado

Constitucional, soberano, independiente, unitario, intercultural,

plurinacional y laico; y,

h) Contribuir en el desarrollo local y nacional de manera permanente,

a través del trabajo comunitario o extensión universitaria.

Art. 28.- Fuentes complementarias de ingresos y exoneraciones

tributarias.- Las instituciones de educación superior públicas podrán crear

fuentes complementarias de ingresos para mejorar su capacidad

académica, invertir en la investigación, en el otorgamiento de becas y

ayudas económicas, en formar doctorados, en programas de posgrado, o

inversión en infraestructura, en los términos establecidos en esta Ley.

Las instituciones de educación superior públicas gozarán de los

beneficios y exoneraciones en materia tributaria y arancelaria, vigentes en

57

la Ley para el resto de instituciones públicas, siempre y cuando esos

ingresos sean destinados exclusivamente y de manera comprobada a los

servicios antes referidos.

Los servicios de asesoría técnica, consultoría y otros que constituyan

fuentes de ingreso alternativo para las universidades y escuelas

politécnicas, públicas o particulares, podrán llevarse a cabo en la medida

en que no se opongan a su carácter institucional sin fines de lucro. El

Consejo de Educación Superior regulará por el cumplimento de esta

obligación mediante las regulaciones respectivas.

Art. 30.- Asignaciones y rentas del Estado para universidades y escuelas

politécnicas particulares.- Las universidades y escuelas politécnicas

particulares que a la entrada de vigencia de la Constitución de la

República del Ecuador reciban asignaciones y rentas del Estado, podrán

continuar percibiéndolas en el futuro.

Están obligadas a destinar dichos recursos al otorgamiento de becas de

escolaridad e investigación a estudiantes matriculados en programas

académicos de cualquier nivel, que por su origen socio económico, etnia,

género, discapacidad o lugar de residencia, entre otros, tengan dificultad

para acceder, mantenerse y terminar exitosamente su formación, desde el

inicio de la carrera; así como también, becas de docencia e investigación

para la obtención del título de cuarto nivel.

58

Art. 37.- Exoneración de tributos.- Se establecen exoneraciones

tributarias conforme a las siguientes disposiciones:

a) Las instituciones de educación superior están exentas del pago de

toda clase de impuestos y contribuciones fiscales, municipales,

especiales o adicionales, incluyendo la contribución a la Contraloría

General del Estado;

b) En los actos y contratos en que intervengan estas instituciones, la

contraparte deberá pagar el tributo, en la proporción que le

corresponda; y,

c) Todo evento cultural y deportivo organizado por las instituciones

del Sistema de Educación Superior en sus locales estará exento de

todo impuesto siempre y cuando sea en beneficio exclusivo de la

institución que lo organiza.

Art. 71.- Principio de igualdad de oportunidades.- El principio de igualdad

de oportunidades consiste en garantizar a todos los actores del Sistema

de Educación Superior las mismas posibilidades en el acceso,

permanencia, movilidad y egreso del sistema, sin discriminación de

género, credo, orientación sexual, etnia, cultura, preferencia política,

condición socioeconómica o discapacidad.

59

Las instituciones que conforman el Sistema de Educación Superior

propenderán por los medios a su alcance que, se cumpla en favor de los

migrantes el principio de igualdad de oportunidades. Se promoverá

dentro de las instituciones del Sistema de Educación Superior el acceso

para personas con discapacidad bajo las condiciones de calidad,

pertinencia y regulaciones contempladas en la presente Ley y su

Reglamento. El Consejo de Educación Superior, velará por el

cumplimiento de esta disposición.

Art. 80.- Gratuidad de la educación superior pública hasta el tercer nivel.-

Se garantiza la gratuidad de la educación superior pública hasta el tercer

nivel. La gratuidad observará el criterio de responsabilidad académica de

los y las estudiantes, de acuerdo con los siguientes criterios:

a) La gratuidad será para los y las estudiantes regulares que se

matriculen en por lo menos el sesenta por ciento de todas las

materias o créditos que permite su malla curricular en cada

período, ciclo o nivel;

b) La gratuidad será también para los y las estudiantes que se

inscriban en el nivel preuniversitario, prepolitécnico o su

equivalente, bajo los parámetros del Sistema de Nivelación y

Admisión.

60

c) La responsabilidad académica se cumplirá por los y las estudiantes

regulares que aprueben las materias o créditos del período, ciclo o

nivel, en el tiempo y en las condiciones ordinarias establecidas. No

se cubrirán las segundas ni terceras matrículas, tampoco las

consideradas especiales o extraordinarias.

d) El Estado, por concepto de gratuidad, financiará una sola carrera o

programa académico de tercer nivel por estudiante. Se exceptúan

los casos de las y los estudiantes que cambien de carrera o

programa, cuyas materias puedan ser revalidadas.

e) La gratuidad cubrirá exclusivamente los rubros relacionados con la

primera matrícula y la escolaridad; es decir, los vinculados al

conjunto de materias o créditos que un estudiante regular debe

aprobar para acceder al título terminal de la respectiva carrera o

programa académico; así como los derechos y otros rubros

requeridos para la elaboración, calificación, y aprobación de tesis

de grado.

f) Se prohíbe el cobro de rubros por utilización de laboratorios,

bibliotecas, acceso a servicios informáticos e idiomas, utilización de

bienes y otros, correspondientes a la escolaridad de los y las

estudiantes universitarios y politécnicos.

61

g) Para garantizar un adecuado y permanente financiamiento del

Sistema de Educación Superior y la gratuidad, la Secretaría

Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación

desarrollará un estudio de costos por carrera/programa académico

por estudiante, el cual será actualizado periódicamente.

h) Se pierde de manera definitiva la gratuidad, si un estudiante regular

reprueba, en términos acumulativos, el treinta por ciento de las

materias o créditos de su malla curricular cursada.

i) La gratuidad cubrirá todos los cursos académicos obligatorios para

la obtención del grado.

Art. 117.- Tipología de instituciones de Educación Superior.- Las

instituciones de Educación Superior de carácter universitario o politécnico

se clasificarán de acuerdo con el ámbito de las actividades académicas

que realicen. Para establecer esta clasificación se tomará en cuenta la

distinción entre instituciones de docencia con investigación, instituciones

orientadas a la docencia e instituciones dedicadas a la educación superior

continua.

En función de la tipología se establecerán qué tipos de carreras o

programas podrán ofertar cada una de estas instituciones, sin perjuicio de

que únicamente las universidades de docencia con investigación podrán

ofertar grados académicos de PhD o su equivalente.

62

Esta tipología será tomada en cuenta en los procesos de evaluación,

acreditación y categorización.

Art. 118.- Niveles de formación de la educación superior.- Los niveles de

formación que imparten las instituciones del Sistema de Educación

Superior son:

a) Nivel técnico o tecnológico superior, orientado al desarrollo de las

habilidades y destrezas que permitan al estudiante potenciar el

saber hacer. Corresponden a éste los títulos profesionales de

técnico o tecnólogo superior, que otorguen los institutos superiores

técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios

superiores. Las instituciones de educación superior no podrán

ofertar títulos intermedios que sean de carácter acumulativo.

b) Tercer nivel, de grado, orientado a la formación básica en una

disciplina o a la capacitación para el ejercicio de una profesión.

Corresponden a este nivel los grados académicos de licenciado y

los títulos profesionales universitarios o politécnicos, y sus

equivalentes. Sólo podrán expedir títulos de tercer nivel las

universidades y escuelas politécnicas. Al menos un 70% de los

títulos otorgados por las escuelas politécnicas deberán

corresponder a títulos profesionales en ciencias básicas y

aplicadas.

63

c) Cuarto nivel, de postgrado, está orientado al entrenamiento

profesional avanzado o a la especialización científica y de

investigación. Corresponden al cuarto nivel el título profesional de

especialista; y los grados académicos de maestría, PhD o su

equivalente. Para acceder a la formación de cuarto nivel, se

requiere tener título profesional de tercer nivel otorgado por una

universidad o escuela politécnica, conforme a lo establecido en

esta Ley.

Las universidades y escuelas politécnicas podrán otorgar títulos de

nivel técnico o tecnológico superior cuando realicen alianzas con

los institutos de educación superior o creen para el efecto el

respectivo instituto de educación superior, inclusive en el caso

establecido en la Disposición Transitoria Vigésima Segunda de la

presente Ley.

Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes

ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida,

las culturas y la soberanía, tendrá como finalidad:

1) Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y

tecnológicos.

2) Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales.

64

3) Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción

nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de

vida y contribuyan a la realización del buen vivir.

Art. 386.- El sistema comprenderá programas, políticas, recursos,

acciones, e incorporará a instituciones del Estado, universidades y

escuelas politécnicas, institutos de investigación públicos y particulares,

empresas públicas y privadas, organismos no gubernamentales y

personas naturales o jurídicas, en tanto realizan actividades de

investigación, desarrollo tecnológico, innovación y aquellas ligadas a los

saberes ancestrales.

El Estado, a través del organismo competente, coordinará el sistema,

establecerá los objetivos y políticas, de conformidad con el Plan Nacional

de Desarrollo, con la participación de los actores que lo conforman.

Art. 387.- Será responsabilidad del Estado:

1) Facilitar e impulsar la incorporación a la sociedad del conocimiento

para alcanzar los objetivos del régimen de desarrollo.

2) Promover la generación y producción de conocimiento, fomentar la

investigación científica y tecnológica, y potenciar los saberes

ancestrales, para así contribuir a la realización del buen vivir, al

sumak kawsay.

65

3) Asegurar la difusión y el acceso a los conocimientos científicos y

tecnológicos, el usufructo de sus descubrimientos y hallazgos en el

marco de lo establecido en la Constitución y la Ley.

4) Garantizar la libertad de creación e investigación en el marco del

respeto a la ética, la naturaleza, el ambiente, y el rescate de los

conocimientos ancestrales.

5) Reconocer la condición de investigador de acuerdo con la Ley.

Art. 388.- El Estado destinará los recursos necesarios para la

investigación científica, el desarrollo tecnológico, la innovación, la

formación científica, la recuperación y desarrollo de saberes ancestrales y

la difusión del conocimiento.

Un porcentaje de estos recursos se destinará a financiar proyectos

mediante fondos concursables. Las organizaciones que reciban fondos

públicos estarán sujetas a la rendición de cuentas y al control estatal

respectivo.

66

2.4 Preguntas a Contestarse

Las hipótesis de esta investigación son las siguientes:

1. ¿Qué programa sería el más óptimo para dotar a un robot de

autonomía respecto a la toma de decisión referente a las acciones a

ejecutarse?

2. ¿Cómo lograr que los movimientos del robot sean precisos y así evitar

cualquier tipo de rozamiento con las paredes del entorno?

3. ¿El desarrollo de la tesis motivará a otros estudiantes a interesarse

más en el mundo de la robótica?

4. ¿De qué manera influye la robótica en el hombre?

5. ¿Por qué promover el uso de robótica en las instituciones educativas?

67

2.5 Variables de la Investigación

CUADRO N° 5

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN

Tipo de

Variable Variable Indicadores

Independiente

Diagnóstico de la

necesidad de crear un

robot que tome sus

propias decisiones en

base a su entorno.

Conocimientos en el

campo de la robótica.

Análisis de los datos de

encuestas.

Resultados de las

encuestas.

Dependiente

Motivar a que se

realicen más

investigaciones

educativas aplicadas a

la robótica.

Estimación de costos y

tiempo.

Interés en avances

tecnológicos.

Desarrollar propuesta

de un robot para dar

una solución a un

entorno y pueda ser

aplicado en la vida

diaria.

Rendimiento del registro

positivo

Seguridad

Eficacia

Mejoramiento en la toma

de decisiones.

Eficiencia

Excelencia



68

2.6 Definiciones Conceptuales

Actuadores: Son los que generan la fuerza para animar la estructura

mecánica.

Avances tecnológicos: es un proceso evolutivo que permite la

transformación de herramientas tecnológicas para mejor el entorno

actual de las personas.

COFF: Common Object File Format es una especificación de formato

para archivos ejecutables, código objeto y bibliotecas compartidas.

Efectores: Es un dispositivo que afecta o modifica el entorno de la

máquina.

First Lego League: Es una compañía que realiza concursos

anuales mundiales para estudiantes de primaria y secundaria. Los

estudiantes buscan soluciones a los problemas dados por la

compañía y las exponen en las competencias.

IDE: Entorno de Desarrollo Integrado es un programa informático

empaquetado como un programa de aplicación, es decir, un editor de

código, un compilador, un depurador y un constructor de interfaz

gráfica.

69

Investigaciones educativas: Es un proceso de investigación para el

desarrollo de aprendizaje en el aula, principalmente orientada a los

estudiantes para incrementar sus habilidades.

Laberinto: Es un entorno que está formado por carriles y encrucijada

con el propósito de confundir a la persona que intente resolverlo.

Manipuladores: Son dispositivos que se utilizan bajo el control

humano para manipular cualquier tipo de materiales sin contacto

directo.

PIC: Controlador de Interfaz Periférico son una familia de

microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc.

Robocup: Es un proyecto internacional creado en 1997 con el

propósito de promover investigaciones y educación sobre Inteligencia

Artificial a través de competencias integradas por robots autónomos.

Robot: Es un agente artificial o sistema dotado de autonomía creado

por el ser humano con un único propósito, que es el de facilitar la vida

diaria del hombre, ya que estos pueden realizar sus movimientos con

una mayor precisión además de poder realizar múltiples tareas, según

su programación.

70

Robótica: Es la ciencia de la tecnología que estudia el diseño y

construcción de sistemas complejos dotados de inteligencia artificial,

es decir, robots autómatas programables capaces de realizar

diferentes tareas.

Tiempo de respuesta: Es el tiempo que pasa desde que se envía una

comunicación y se recibe la respuesta. Este tiempo de respuesta es

debido a varias contribuciones.

Toma de decisiones: Es una resolución que se obtiene después de

analizar dos o más opciones para dar una solución a un problema.

71

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

3. 1 Diseño de la Investigación

Modalidad de la Investigación

El diseño es la estructura a seguir en una investigación, ejerciendo el control de la misma a fin de encontrar resultados confiables y su relación con las interrogantes surgidos de los supuestos e hipótesis - problema. (Mario Tamayo, 2002:108).

Tomando en cuenta los objetivos antes mencionados, la modalidad de

investigación para el presente estudio, corresponde al de un proyecto

factible puesto que como resultado se hará una propuesta viable

destinada atender necesidades específicas a partir de un diagnóstico,

como es de darle solución al entorno que se encuentre el robot.

El Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestría y Tesis

Doctorales menciona que:

El proyecto factible consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades. (Maritza Barrios, 1998:7).

72

Dependiendo del problema por lo general se puede advertir que un

proyecto es factible, si este se plantea como la solución a algún problema

en la sociedad. Por otra parte todo proyecto factible comprende las

siguientes etapas generales:

Diagnóstico, planteamiento y fundamentación teórica de la propuesta; procedimiento metodológico, actividades y recursos necesarios para su ejecución; análisis y conclusiones sobre la viabilidad y realización del Proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecución de la propuesta y la evaluación tanto del proceso como de sus resultados. (Maritza Barrios, 1998:7).

Tipo de Investigación

Para el presente trabajo, el tipo de investigación es descriptivo y

exploratorio, puesto que se realizarán una serie de encuestas, pare

después tabularlas, analizar e interpretar los resultados para poder

determinar la factibilidad de proceder al diseño del programa de tesis en

robótica.

Una investigación descriptiva:

Comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual, y la composición o procesos de los fenómenos. La investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hecho, y su característica fundamental es la de presentarnos una interpretación correcta. (Mario Tamayo, 2002:46).

73

Una investigación exploratoria tiene como objetivo:

Examinar un tema o problema de investigación poco estudiado del cual se tienen muchas dudas o se ha abordado antes. Es decir, cuando la revisión de la literatura reveló que tan sólo hay guías no investigadas o ideas vagamente relacionadas con el problema de estudio, o bien, si deseamos indagar sobre temas y áreas desde nuevas perspectivas. (Hernández, Fernández y Baptista, 2006:100).

3.2 Población

“Una población es un grupo de posibles participantes al cual usted

desea generalizar los resultados del estudio.” (Neil Salkind, 1998:96).

Para esta investigación la población seleccionada fue dirigida a los

estudiantes de la Universidad de Guayaquil - Carrera de Ingeniería en

Sistemas Computacionales y expertos en robótica, lo cuales brindaron su

asesoramiento en el tema.

CUADRO N° 6

POBLACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

N° DETALLE N° %

1 Estudiantes 228 99,1%

2 Expertos 2 0,9 %

TOTAL 230 100,0 %



74

El proyecto cuenta con una población de 230 personas a encuestar, las

cuales se dividen en dos grupos: 228 estudiantes y 2 expertos en

robótica.

3.3 Operacionalización de variables

CUADRO N° 7

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Tipo de

Variable Variable Dimensiones Indicadores

Independiente

Diagnóstico de la

necesidad de crear

un robot que tome

sus propias

decisiones en base

a su entorno.

En las

Universidades

En la ciudad

En el país

Conocimientos

en el campo de

la robótica.

Análisis de los

datos de

encuestas.

Resultados de

las encuestas.

Dependiente

Motivar a que se

realicen más

investigaciones

educativas

aplicadas a la

robótica.

Competencias

educativas

nacionales e

internacionale

s.

Estimación de

costos y

tiempo.

Interés en

avances

tecnológicos.

Desarrollar

propuesta de un

robot para dar una

solución a un

entorno y pueda ser

aplicado en la vida

diaria.

Profesionales

en áreas de

tecnología en

robótica

Graduados de

sistemas,

electrónica,

mecánica.

Creación de la

tesis.

Rendimiento

del registro

positivo

Seguridad

Mejoramiento

en la toma de

decisiones.

Eficiencia

Excelencia



75

3.4 Instrumentos de Recolección de Datos

Técnicas

Efectuar una investigación requiere, como ya se ha mencionado, de una

selección adecuada del tema objeto del estudio, de un buen

planteamiento de la problemática a solucionar y de la definición del

método científico que se utilizará para llevar a cabo dicha investigación,

por lo que en el presente estudio usaremos técnicas de campo como:

Encuestas

Observación

Entrevistas

Instrumentos

CUADRO N° 8

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

TÉCNICAS INSTRUMENTOS

Encuestas Cuestionarios

Observación Guías y registro de observación

Entrevistas Guión de entrevistas



76

3.5 Procedimientos de la Investigación

En el estudio se intentó recolectar información referente al diseño y

desarrollo de un robot móvil que mediante la toma de decisiones sea

capaz de resolver un laberinto. Los procedimientos que se utilizaron

fueron los siguientes:

Capítulo I - El problema

Ubicación del Problema en un Contexto

Situaciones, Conflictos, Nudos Críticos

Causas y Consecuencias del Problema

Delimitaciones del Problema

Formulación del Problema

Evaluación del Problema

Objetivos del Problema

Alcance del Problema

Justificación e Importancia

Capítulo II - Marco Teórico

Antecedentes del Estudio

Fundamentación Teórica

Fundamentación Legal

Preguntas a Contestarse

Variables de Investigación

Definiciones Conceptuales

77

Capítulo III - Metodología

Diseño de la Investigación

Población

Operacionalización de Variables

Instrumentos de Recolección de Datos

Procedimientos de la Investigación

Recolección de la Información

Procesamiento y Análisis

Criterios para la Elaboración de la Propuesta

Criterios de Validación de la Propuesta

Capítulo IV - Marco administrativo

Cronograma

Presupuesto

Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones

Capítulo VI - Propuesta

Planificación de la Propuesta

EDT del Proyecto

Fase 1: Diseño de la Propuesta

Fase 2: Desarrollo de la Propuesta

Fase 3: Pruebas de la Propuesta

Anexos

Cronograma

Glosario

78

3.6 Recolección de la Información

“Recolectar los datos implica elaborar un plan detallado de

procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósito

específico.” (Hernández, Fernández y Baptista, 2006:100).

La recolección de datos se deben considerar cuatro pasos:

1. La construcción de formatos para recabar la información que servirán para organizar los datos recolectados.

2. La codificación que sirve para representar esos datos en un formato de recopilación de datos en la forma más eficiente posible.

3. La recopilación en sí de los datos. 4. Su asentamiento en el formato de recopilación de datos.

(Neil Salkind, 1999:160).

En cuanto a las actividades que se realizaron para recolectar los datos

podemos mencionar que:

Se realizaron entrevistas a los expertos en robótica para analizar

los requerimientos del proyecto.

Para el desarrollo del cuestionario se utilizaron preguntas sencillas

agrupadas en bloques de información general, específica y

complementaria.

Para la obtención de las respuestas se aplicó el método de

evaluaciones sumarias o también conocido como escala de Likert.

79

3.7 Procesamiento y Análisis

Una vez que los datos recolectados sean guardados o transferidos a un

archivo se procede a analizarlos. El análisis de los datos depende de tres

factores:

1. El nivel de medición de las variables. 2. La manera como se hayan formulado las hipótesis. 3. El interés del investigador. (Hernández, Fernández y Baptista, 1988:342).

Lo que nos indica que el análisis varía en cada caso. Ahora los procesos

de análisis se facilitan por el empleo de la tecnología informática, con el

uso de lectores ópticos para registrar rápida y directamente los datos, y

también con la aplicación de paquetes estadísticos con software

apropiado como el SPSS.

Análisis e Interpretación de Datos

La investigación de campo fue aplicada a través de un cuestionario a 228

personas, formado por estudiantes de la Carrera de Ingeniería en

Sistemas Computacionales y entrevistas a 2 expertos en robótica. El

instrumento antes de ser aplicado fue validado por el tutor de la tesis así

como por expertos del área; como resultado se obtuvo un cuestionario

definitivo para poderlo aplicar.

Una vez realizadas las encuestas e investigaciones se obtuvo los

siguientes datos para darnos cuenta de la factibilidad del proyecto.

80

CUADRO N° 9

ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 1

¿A usted le interesan los avances tecnológicos en la robótica?

DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE

Sí, tengo gran interés en los avances

tecnológicos 95 41,7 %

Sí, tengo un interés promedio en los

avances tecnológicos 75 32,9 %

Sí, pero poco interés en los avances

tecnológicos 44 19,3 %

No me interesan los avances tecnológicos 14 6,1 %

TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %





Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el

6,1% no le interesan los avances tecnológicos en la robótica, el 19,3%

tienen poco interés, el 32,9 % tienen un promedio de interés y el 41,7%

tienen un gran interés.

GRÁFICO N° 25


41,7%

32,9%

19,3%

6,1% Sí, tengo gran interés enlos avances tecnológicos

Sí, tengo un interéspromedio en los avancestecnológicosSí, pero poco interés en losavances tecnológicos

No me interesan losavances tecnológicos

81

CUADRO N° 10


¿Usted considera que la robótica ha resultado importante para la

humanidad?


Totalmente de acuerdo 112 49,1 %

De acuerdo 95 41,7 %

Me es indiferentes 15 6,6 %

En desacuerdo 5 2,2 %

Totalmente en desacuerdo 1 0,4 %







0,4% está totalmente en desacuerdo en que la robótica es importante

para la humanidad, el 2,2% en desacuerdo, el 6,6% le es indiferente, el

41,7% está de acuerdo y el 49,1% está totalmente de acuerdo.

GRÁFICO N° 26


49,1%

41,7%

6,6% 2,2% 0,4%

Totalmente de acuerdo

De acuerdo

Me es indiferentes

En desacuerdo

Totalmente endesacuerdo

82

CUADRO N° 11


¿En qué área usted cree que un robot podría ser más útil?


En las industrias 106 46,5 %

Uso personal 24 10,5 %

En la medicina 92 40,4 %

Otros 6 2,6 %

Robots no son especialmente útiles 0 0,0 %







0% piensa que los robots no son útiles, el 2,6% piensan que son útiles en

otras áreas, el 40,4% que son útiles en la medicina, el 10,5% que son

útiles para uso personal y el 46,5% que los robots son útiles en las

industrias.

GRÁFICO N° 27


0,0%5,0%

10,0%15,0%20,0%25,0%30,0%35,0%40,0%45,0%50,0%

En lasindustrias

Uso personal En la medicina Otros Robots no sonespecialmente

útiles

83

CUADRO N° 12


Según lo que conoce: ¿Cree usted que la robótica ha traído

consigo un gran número de aspectos positivos?


Sí, siempre 89 39,0 %

Sí, casi siempre 105 46,1 %

Con frecuencia 34 14,9 %

Casi Nunca 0 0,0 %

Nunca 0 0,0 %







0% piensan que la robótica nunca y casi nunca ha traído consigo

aspectos positivos, el 14,9 % con frecuencia, el 46,1% casi siempre y el

39% indica que la robótica siempre ha traído consigo grandes aspectos

positivos.

GRÁFICO N° 28


39,0%

46,1%

14,9%

0,0% 0,0% Sí, siempre

Sí, casi siempre

Con frecuencia

Casi Nunca

Nunca

84

CUADRO N° 13


Conoce usted si en su universidad existe algún tipo de programa sobre

robótica o mecatrónica?


Sí, conozco y he participado 32 14,0 %

Sí, conozco pero no he participado 109 47,8 %

No conozco pero si he escuchado que existe 62 27,2 %

No tengo conocimiento de su existencia 25 11,0 %







11,0% no tiene conocimiento de que existe un programa de robótica o

mecatrónica en la universidad, el 27,2% no conoce pero si ha escuchado

de su existencia, el 47,8% conoce de sus existencia pero no ha

participado y el 14,0% lo conoce y ha participado.

GRÁFICO N° 29


14,0%

47,8%

27,2%

11,0%

Sí, conozco y heparticipado

Sí, conozco pero no heparticipado

No conozco pero si heescuchado que existe

No tengoconocimiento de suexistencia

85

CUADRO N° 14


¿Qué opina sobre la creación de un laboratorio de robótica en la

carrera?


Totalmente de acuerdo 74 32,5 %

De acuerdo 115 50,4 %

Me es indiferentes 26 11,4 %

En desacuerdo 8 3,5 %

Totalmente en desacuerdo 5 2,2 %







2,2% está totalmente en desacuerdo en la creación de un laboratorio de

robótica en la carrera, el 3,5% en desacuerdo, el 11,4% le es indiferente,

el 50,4% está de acuerdo y el 32,5% está totalmente de acuerdo en crear

un laboratorio de robótica.

GRÁFICO N° 30


32,5%

50,4%

11,4%

3,5% 2,2% Totalmente deacuerdo

De acuerdo

Me es indiferentes

En desacuerdo

Totalmente endesacuerdo

86

CUADRO N° 15


¿Te gustaría diseñar y desarrollar un robot?


Sí, me parece interesante 87 38,2 %

Sí, me llama un poco la

atención 112 49,1 %

Me es indiferente 26 11,4 %

No me parece interesante 3 1,3 %







1,2% no le parece interesante diseñar un robot, el 11,4% le es indiferente,

el 49,1% le llama un poco la atención y el 38,2% le parece interesante

diseñar un robot.

GRÁFICO N° 31


38,2%

49,1%

11,4%

1,3% Sí, me pareceinteresante

Sí, me llama un pocola atención

Me es indiferente

No me pareceinteresante

87

Entrevista a Expertos

1) ¿Cuáles son los sectores en los que la robótica está más

desarrollada y cuáles son algunas de esas aplicaciones reales en

las que se está investigando?

Experto # 1: Sin duda en Japón pero también en Estados Unidos en

el área de la medicina, los avances son sorprendentes. Hay un robot

denominado Da Vinci que sirve para operar. Se lo considera como los

ojos y los brazos del médico, y aunque es el especialista el que lo

controla, permite reducir las vibraciones humanas o prevenir errores si

va a hacer algo indebido.

Experto # 2: Japón es uno de los países con un alto índice de

desarrollo en la tecnología pero no el único, en Sudáfrica, ahora se

está trabajando con robots que son capaces de volar como aviones no

tripulados, que van en búsqueda de medicamentos y vuelven sin

necesidad de una persona. Son el sustituto de la paloma mensajera.

2) ¿Cuáles son las principales limitaciones al desarrollo de la

robótica?

Experto # 1: Una de las principales limitaciones se centra en el

desarrollo de la Inteligencia Artificial, es decir poder dotar a una

máquina con suficientes recursos para que este pueda tomar

decisiones reales y útiles sin opción a confundirse por las situaciones

que se le presenten.

88

Experto # 2: El desarrollo de la robótica se ve limitada por la

inteligencia de la cual se provee a la máquina. En la actualidad el

hombre desea crear una máquina que imite el comportamiento

humano pero esto aún sigue en un plan de desarrollo a futuro, se han

creado robots que tomen decisiones pero ninguno en tiempo real, por

eso decimos que la inteligencia limita el desarrollo de la robótica.

3) ¿Cuál sería el robot que a usted le gustaría inventar?

Experto # 1: Un robot que imite el comportamiento humano con tal

precisión, sería el primero en crear un robot de ese tipo. Sería tratado

como un apoyo para la sociedad.

Experto # 2: Un robot que se pueda aplicar en la educación, ya que

sería práctico que los estudiantes aprendan sus clases de una forma

dinámica.

4) ¿Qué potencial tiene un robot que pueda desenvolverse en

diferentes entornos?

Experto # 1: Un robot de este tipo tiene que ser dotado de inteligencia

que le permita tomar decisiones óptimas para dar una solución. Una

vez que tenga esta inteligencia el robot tiene un alto potencial para

poder aplicarlos en diferentes áreas, por ejemplo en búsqueda y

rescate.

89

Experto # 2: Si se provee a una máquina con suficiente inteligencia

para que pueda dar solución a cualquier entorno tendría un potencial

alto, ya que existen muchas áreas que son de alto riesgo para el ser

humano y estos robots nos facilitarían dichas tareas.

Preguntas a Contestarse

1. ¿Qué programa sería el más óptimo para dotar a un robot de

autonomía respecto a la toma de decisión referente a las acciones

a ejecutarse?

El mejor programa que podemos utilizar para dotar al robot de

autonomía para que pueda ser capaz de tomar decisiones para dar

solución a un laberinto es el MikroBasic porque es un completo y

eficiente entorno IDE, es decir, que en un único paquete software está

comprendido el editor de código fuente, el compilador Basic, el

debugger y el programador para escribir sobre nuestro PIC.

2. ¿Cómo lograr que los movimientos del robot sean precisos y así

evitar cualquier tipo de rozamiento con las paredes del entorno?

La mejor manera de que los movimientos sean precisos es colocar una

rueda loca en la parte frontal del robot ya que esta rueda tiene como

característica permitir giros con mayor precisión además de programar

la distancia máxima y mínima que el robot debe de tener en relación

con la pared derecha.

90

3. ¿El desarrollo de la tesis motivará a otros estudiantes a

interesarse más en el mundo de la robótica?

En base a los resultados obtenidos de estudiantes y expertos en el

tema robótica se puede observar que si genera un despertar de

ideas con respecto a la tecnología.

4. ¿De qué manera influye la robótica en el hombre?

La robótica influye mucho en la vida diaria del hombre, ya que estos

pueden realizar tareas con una mayor precisión y con menores costos

de producción, lo que al hombre le beneficia.

5. ¿Por qué promover el uso de robótica en las instituciones

educativas?

La presencia de estas tecnologías en las instituciones educativas

ayuda a que los estudiantes desarrollen un ambiente de aprendizaje y

adquieran habilidades para estructurar investigaciones que los motiven

a crear innovaciones que contribuyan al desarrollo del mundo actual.

3.8 Criterios para la Elaboración de la Propuesta

La propuesta es la creación de un programa que le permita tomar

decisiones a un robot para que resuelva un laberinto y que puede ser

aplicado en la vida diaria para ayudar a realizar tareas que tienen un nivel

alto de dificultad para el hombre.

91

El proyecto fue desarrollado en las instalaciones de la Carrera de

Ingeniería en Sistemas Computacionales.

3.9 Criterios de Validación de la Propuesta

Se validará la capacidad de conocer las diferencias entre máquina,

máquina automática y robot.

Se validará la capacidad de saber de la existencia de distinto tipos de

robots y aplicaciones de éstos.

Se validará la capacidad de conocer las partes de un robot.

Se validará la capacidad de distinguir los tipos de sensores y motores

que existen.

Se validará la capacidad de manejar el MikroBasic Pro.

Se validará la capacidad de construir robots utilizando los kits de

robótica de Ideas & Tecnologías.

Se validará la capacidad de programar robots para que realicen las

tareas que se especifiquen.

92

CAPÍTULO IV

MARCO ADMINISTRATIVO

4.1 Cronograma

Las actividades son un proceso mediante el cual obtenemos un producto y dichas actividades deben de regirse en un

orden específico, es decir no se puede comenzar otra tarea sin haber terminado la anterior.

CUADRO N° 16

CRONOGRAMA

ID NOMBRE FECHA DE INICIO FECHA DE FIN DURACIÓN RECURSO

1 Proyecto 1/02/12 28/02/12 387 María José Chávez

2 Capítulo I - Planteamiento del Problema 1/02/12 30/03/12 58 María José Chávez

16 Capítulo II - Marco Teórico 2/04/12 27/05/12 55 María José Chávez

23 Capítulo III - Metodología 4/06/12 1/08/12 59 María José Chávez

33 Capítulo IV - Marco Administrativo 6/08/12 17/08/12 12 María José Chávez

36 Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones 20/08/12 30/08/12 11 María José Chávez

39 Capítulo VI - Propuesta 3/09/12 21/02/13 167 María José Chávez

51 Anexos 22/02/13 28/02/13 7 María José Chávez



93



GRÁFICO N° 32

DIAGRAMA DE GANTT DEL PROYECTO

94

4.2 Presupuesto

La tesis fue desarrollada con dedicación, perseverancia y optimismo, la

cual fue financiada por el Ing. Luis Alberto Cevallos quien presentó interés

en el desarrollo de la misma por ser un proyecto novedoso en el campo

de la robótica y además interesado en el robot para concursos

tecnológicos.

Detalles de los Ingresos

El ingreso y financiamiento del proyecto tecnológico se lo obtuvo de

ingreso total de $ 1.653,42 durante el período que duró el desarrollo del

proyecto. Estos ingresos ayudaron a cubrir todos los gastos que conlleva

la realización de un proyecto de tal magnitud. Fue muy importante contar

con este ingreso para poder cumplir de manera satisfactoria su desarrollo.

CUADRO N° 17

INGRESOS

DETALLE DÓLARES

Financiamiento Externo - Ing. Luis Cevallos $ 1.653,42

TOTAL DE INGRESOS $ 1.653,42



95

Detalles de los Egresos

CUADRO N° 18

EGRESOS

EGRESOS VALOR

UNITARIO VALOR

PARCIAL VALOR TOTAL

Suministros de oficinas y computación $ 40,00

Impresiones $ 60,00

Computadora y servicios de internet $ 50,00

Componentes del Robot y elementos del laberinto

$ 353,42

1 Programador P.PIC I&T 04 $ 26,76 $ 26,76

1 Módulo puente P.H.I&T 04 $ 17,17 $ 17,17

2 Micromotor DC $ 24,18 $ 48,36

3 Sensor Infrarrojo Sharp $ 30,57 $ 91,71

1 Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 $ 49,40 $ 49,40

1 Rueda loca $ 6,02 $ 6,02

1 Par de llantas Wheel $ 14,20 $ 14,20

1 Par de Sujetadores $ 6,80 $ 6,80

1 Placa Acrílica $ 25,00 $ 25,00

1 Madera Base $ 25,00 $ 25,00

2 Baterías 9 V $ 1,50 $ 3,00

1 Otros materiales $ 40,00 $ 40,00

Ensamblaje del Robot y Laberinto $ 45,00

Programador $ 300,00 $ 1.000,00

Empastado de la tesis $ 20,00

Transporte $ 30,00

Refrigerio $ 55,00

TOTAL DE EGRESOS $ 1.653,42



Detalles:

Suministros de oficina y computación: El valor cubre la compra

de hojas y cartuchos para la elaboración e impresión del proyecto.

96

Impresiones: El valor cubre todas las copias de las hojas de las

encuestas y de todos los borradores y original de la tesis.

Computadora y servicio de internet: El valor cubre las dos

laptops que se necesitaron para el desarrollo del proyecto e

investigaciones del mismo.

Componente del robot y elementos del laberinto: El valor cubre

todos los componentes que se necesitaron para ensamblar el robot

y también para la compra de materiales del laberinto.

Ensamblaje del Robot y laberinto: Dicho valor cubre la

contratación de una persona para armar el robot y el laberinto.

Programador: Dicho valor cubre la contratación de un

programador por un período de 4 meses.

Empastado de la tesis: El valor cubre el arreglo de la carpeta de

la tesis para presentar detalladamente el proyecto al jurado.

Transporte: Valor destinado para la movilización a diferentes

lugares para las investigaciones, encuestas y asesoramiento del

proyecto.

Refrigerio: Valor destinado para la alimentación en los días de

investigación que demandaba la realización del proyecto.

97

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

A partir de las pruebas realizadas con el robot y los programas utilizados,

se logra obtener una planificación adecuada respecto a la meta

especificada y una buena transmisión de datos al robot con respecto a su

entorno, cuyo resultado final fue que el robot alcanzara siempre su meta.

Dado que el tópico es nuevo en la Universidad de Guayaquil se abre una

nueva línea de investigación a seguir por estudiantes y profesores que

están interesados en las investigaciones relacionadas a planificación

basada en lógica y ejecución de acciones por un robot móvil.

En este documento se describen temas de robótica con la finalidad de

facilitar la introducción del tópico. Así una de las aportaciones que se

realizan es la descripción detallada de los procedimientos a seguir para

poner a funcionar un robot tipo vehículo. Se describen las herramientas, el

lenguaje de programación, cómo se realiza la planificación, cómo y qué se

utiliza para la conexión.

Al concluir esta tesis se da como resultado un preámbulo en la realización

de investigación de tópicos relacionados con la inteligencia artificial.

98

5.2 RECOMENDACIONES

Profundizar más en investigaciones relacionados con la robótica y

automatización para en un futuro realizar una versión actualizada

del mismo prototipo.

Se debe analizar el algoritmo para implementar uno que mejore los

tiempos de respuesta y así obtener tiempos satisfactorios sobre

todo cuando se trata de resolver problemas en tiempo real.

Mejorar la conectividad y la transmisión de datos de máquina a

robot.

Desarrollar estas pruebas con otro robot más sofisticado y preciso,

pues durante las pruebas se pudo observar que el comportamiento

del robot no es determinístico.

Desarrollar alcances hacia ambientes distintos y dinámicos. En el

proyecto se trató con un solo ambiente que era una línea recta y

carriles con un ángulo de 90°, se requiere lograr que el robot

interactúe con todo lo que tiene a su alrededor.

99

BIBLIOGRAFÍA

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100

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Emanuel Conejo Rodríguez. (23 de Octubre de 2010). Robots en la Educación. Recuperado el 20 de Junio de 2012, de Red Robótica Latinoamericana: http://redrobotica.org/profiles/blogs/robots-en-la-educacion

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Latinoamericana, R. R. (9 de Marzo de 2012). La Programación de Computadoras es "El Latín del Siglo XXI". Recuperado el 2012 de Junio de 2012, de Red Robótica Latinoamericana: http://redrobotica.org/profiles/blogs/la-programacion-de-computadoras-es-el-latin-del-siglo-xxi

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MikroElektrónika. Programación de los Microcontroladores. Recuperado el 20 de Junio de 2012, de MikroElektrónika: http://www.mikroe.com/chapters/view/79/capitulo-1-el-mundo-de-los-microcontroladores/

101

ANEXOS

102

CAPÍTULO III - METODOLOGÍA

3.7.1 Encuesta para Estudiantes


Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas


ENCUESTA PARA ESTUDIANTES

DISEÑO Y DESARROLLO DE UN ROBOT MÓVIL QUE RESUELVE

LABERINTOS

Género: M F Edad: ___________

Conteste las siguientes preguntas marcando con una X en el

casillero correspondiente a su respuesta.

1) ¿A usted le interesan los avances tecnológicos en la robótica?

(Marque sólo una opción).

a) Sí, tengo gran interés en los avances tecnológicos.

b) Sí, tengo un interés promedio en los avances tecnológicos.

c) Sí, pero poco interés en los avances tecnológicos.

d) No me interesan los avances tecnológicos.

2) ¿Usted considera que la robótica ha aportado positivamente a la

humanidad? (Marque sólo una opción).

a) Totalmente de acuerdo

b) De acuerdo

c) Me es indiferente

d) En desacuerdo

e) Totalmente en desacuerdo

103

3) ¿En qué área usted cree que un robot podría ser más útil? (Puede

marcar más de una opción).

a) En las industrias

b) Uso personal

c) En la medicina

d) Otros: _____________________________________________

e) Robots no son especialmente útiles

4) Según lo que conoce: ¿Cree usted que la robótica ha traído

consigo un gran número de aspectos positivos? (Marque sólo

una opción).

a) Sí, siempre

b) Sí, casi siempre

c) Con frecuencia

d) Casi Nunca

e) Nunca

5) Conoce usted si en su universidad existe algún tipo de programa

sobre robótica o mecatrónica? (Marque sólo una opción).

a) Sí, conozco y he participado

b) Sí, conozco pero no he participado

c) No conozco pero si he escuchado que existe

d) No tengo conocimientos de su existencia

104

6) ¿Qué opina sobre la creación de un laboratorio de robótica en la

carrera? (Marque sólo una opción).

a) Totalmente de acuerdo

b) De acuerdo


d) En desacuerdo

e) Totalmente en desacuerdo

7) ¿Te gustaría diseñar y desarrollar un robot?

a) Sí, me parece interesante

b) Sí, me llama un poco la atención


d) No me parece interesante

105

3.7.2 Entrevista


Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas


ENTREVISTA A EXPERTOS EN ROBÓTICA

Género: M F Edad: __________

1) ¿Cuáles son los sectores en los que la robótica está más

desarrollada y cuáles son algunas de esas aplicaciones reales en

las que se está investigando?

2) ¿Cuáles son las principales limitaciones al desarrollo de la

robótica?

3) ¿Cuál sería el robot que a usted le gustaría inventar?

4) ¿Qué potencial tiene un robot que pueda desenvolverse en

diferentes entornos?

106

CAPÍTULO IV

CRONOGRAMA

CUADRO N° 19

DETALLES DEL CRONOGRAMA

ID NOMBRE FECHA

DE INICIO

FECHA

DE FIN DURACIÓN RECURSO

1 Proyecto 01/02/12 28/02/13 387 María José Chávez

2 CAPÍTULO I - PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 01/02/12 30/03/12 58 María José Chávez

3 Ubicación del Problema 01/02/12 03/02/12 3 María José Chávez

4 Situación del Problema 04/02/12 06/02/12 3 María José Chávez

5 Causas y Consecuencias del Problema 07/02/12 09/02/12 3 María José Chávez

6 Delimitación del Problema 10/02/12 12/02/12 3 María José Chávez

7 Delimitación Geográfica 14/02/12 16/02/12 3 María José Chávez

8 Planteamiento del Problema 17/02/12 20/02/12 4 María José Chávez

9 Formulación del Problema 21/02/12 24/02/12 4 María José Chávez

10 Evaluación del Problema 25/02/12 01/03/12 6 María José Chávez

11 Objetivos 01/03/12 12/03/12 12 María José Chávez

107

12 Objetivos Generales 01/03/12 06/03/12 6 María José Chávez

13 Objetivos Específicos 07/03/12 12/03/12 6 María José Chávez

14 Alcance del Problema 13/03/12 24/03/12 12 María José Chávez

15 Justificación e Importancia 25/03/12 30/03/12 6 María José Chávez

16 CAPÍTULO II - MARCO TEÓRICO 02/04/12 21/05/12 49 María José Chávez

17 Fundamentación Teórica 02/04/12 07/04/12 6 María José Chávez

18 Fundamentación Legal 08/04/12 20/04/12 13 María José Chávez

19 Preguntas a Contestarse 21/04/12 26/04/12 6 María José Chávez

20 Variables de la Investigación 27/04/12 10/05/12 13 María José Chávez

21 Definiciones Conceptuales 11/05/12 21/05/12 13 María José Chávez

22 CAPÍTULO III - METODOLOGÍA 20/05/12 21/05/12 4 María José Chávez

23 Diseño de la Investigación 04/06/12 17/06/12 27 María José Chávez

24 Diseño de la Investigación 04/06/12 06/06/12 3 María José Chávez

25 Población y Muestra 07/06/12 10/06/12 4 María José Chávez

26 Operacionalización del Problema 11/06/12 14/06/12 4 María José Chávez

27 Instrumentos de Recolección de Datos 15/06/12 17/06/12 3 María José Chávez

28 Procedimientos de la Investigación 18/06/12 17/06/12 4 María José Chávez

29 Recolección de la Información 16/06/12 17/06/12 27 María José Chávez

30 Procesamiento y Análisis 09/07/12 17/06/12 4 María José Chávez

108

31 Criterios para la Elaboración de la Propuesta 08/07/12 17/06/12 5 María José Chávez

32 Criterios de Validación de la Propuesta 08/07/12 17/06/12 5 María José Chávez

33 CAPÍTULO IV - MARCO ADMINISTRATIVO 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez

34 Cronograma 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez

35 Presupuesto 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez

36 CAPÍTULO V - CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 19/07/12 29/06/12 6 María José Chávez

37 Conclusiones 19/07/12 29/06/12 6 María José Chávez

38 Recomendaciones 20/07/12 29/06/12 5 María José Chávez

39 CAPITULO VI - PROPUESTA 03/09/12 21/02/13 167 María José Chávez

40 Planificación de la Propuesta 03/09/12 15/09/12 13 María José Chávez

41 EDT del Proyecto 16/09/12 21/09/12 6 María José Chávez

42 Fase 1: Diseño de la Propuesta 24/09/12 24/10/12 31 María José Chávez

43 Componentes del Robot 24/09/12 13/10/12 20 María José Chávez

44 Diseño del Laberinto 14/10/12 24/10/12 11 María José Chávez

45 Fase 2: Desarrollo de la Propuesta 26/10/12 12/02/13 105 María José Chávez

46 Ensamblaje del Robot 26/10/12 24/11/12 30 María José Chávez

47 Construcción del Laberinto 25/11/12 07/12/12 13 María José Chávez

48 Programación de Robot 08/12/12 12/02/13 62 María José Chávez

49 Fase 3: Pruebas de la Propuesta 13/02/13 21/02/13 9 María José Chávez

109

50 Pruebas y Correcciones 13/02/13 21/02/13 9 María José Chávez

51 ANEXOS 22/02/13 28/02/13 7 María José Chávez

52 Cronograma 22/02/13 24/02/13 3 María José Chávez

53 Manuales 25/02/13 28/02/13 4 María José Chávez

54 Manual Técnico 25/02/13 26/02/13 2 María José Chávez

55 Manual de Usuario 27/02/13 28/02/13 2 María José Chávez

56 Glosario 28/02/13 28/02/13 1 María José Chávez



110



GRÁFICO N° 33

DIAGRAMA DE GANTT DEL CRONOGRAMA DETALLADO

111

PROPUESTA

6.1 Planificación de la Propuesta

En este capítulo se muestra la planificación seguida para poder realizar el

proyecto, además se hace una breve explicación de las tareas que forman

dicha planificación. También se hace referencia a los recursos que se han

utilizado, a nivel hardware y software.

CUADRO N° 20

DETALLES DE LA PROPUESTA

Nombre de la Creadora María José Chávez Plúa

Tutor Ing. Darwin Patiño

Nombre del Robot Majo

Misión Dar solución a un laberinto

Dimensiones El robot mide 12 cm de ancho y 11 cm

de largo.

Velocidad

El robot tiene una velocidad entre una

persona que camina y una persona

trotando, haciendo que el robot no

resulte muy difícil de manejar pero con

una buena velocidad de respuesta.

Peso

El robot pesa 1 Kg. puede ser

transportado y manejado con relativa

facilidad.



112

6.2 EDT del Proyecto

Elaboración: María José Chávez Fuente: Datos de la Investigación

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN

DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA

DISEÑO DESARROLLO PRUEBAS

Diseño del Robot Ensamblaje del Robot Pruebas y

Correcciones

Diseño del Laberinto Construcción del

Laberinto

Programación del

Robot

GRÁFICO N° 34

EDT

113

6.3 FASE 1: Diseño de la Propuesta

Componentes del Robot

Para que un robot autónomo pueda funcionar tiene que estar formado por

distintos componentes, los cuales se detallan a continuación:

Programador P.PIC I&T 04

Es un programador para PICS de todas las familias del fabricante

Microchip (16F, 18F, DSPICs, 24F, 32F). Su fuente de alimentación es por

interfaz USB desde la PC.



GRÁFICO N° 35

PROGRAMADOR P.PIC I&T 04

114

CUADRO N° 21

ESPECIFICACIONES DEL PROGRAMADOR P.PIC I&T 04

Conexión Mini USB con el computador. Puede recibir y

enviar datos por USB. Soporta múltiples sistemas

Operativos.

Tecnología LED permite tener un hardware

adecuadamente señalizado. Led indicador de

programación, de power y de VDD.

ISCP permite la programación en caliente.

El algoritmo desarrollado en el computador debe ser

cargado o quemado en el microcontrolador.



Sensores Infrarrojos

Los sensores son necesarios para que el robot pueda ser autónomo ya

que son capaces, por sus propias características, de transformar la

magnitud física medida en una señal eléctrica para que finalmente se

pueda utilizar en el control del robot. El robot lleva instalado 3 sensores

infrarrojos Sharp en el lado derecho e izquierdo y en la parte frontal, el

cual pude medir distancias comprendidas entre 4 y 30 cm. El sensor lleva

incorporado el emisor y receptor en la misma cápsula, por lo cual solo se

necesita alimentación y él devuelve un valor analógico comprendido entre

3 V para la mínima distancia y 0,4 V para la máxima.

115

La respuesta de este no es una curva lineal. Además de que este tipo de

sensor se basa en el principio de triangulación para realizar las medidas.

El led infrarrojo emite un haz que será rebotado por el objeto y

posteriormente recogido por el PSD. Dependiendo del ángulo de

incidencia del haz rebotado en la lente, se activa una u otra célula del

array lo que permite estimar la distancia a la que se encuentra el objeto.



Módulo Puente P.H.I&T 04

Es un módulo para el control de dirección y velocidad de dos motores DC

totalmente independientes.

GRÁFICO N° 36

SENSOR INFRARROJO

116



CUADRO N° 22

ESPECIFICACIONES DEL PUENTE P.H.I&T 04

Utilización de fuente para energizar el hardware.

Es necesario enviar un estado lógico como señal digital

para controlar el módulo.

Este actuador convierte la energía eléctrica en mecánica,

provocando un movimiento rotatorio, es energizado con

VDC.

El interruptor ON/OFF permite encender o apagar el

hardware en cualquier momento.

El módulo recibe como entrada una señal PWM. La

característica de esta señal periódica es que se modifica

su ciclo de trabajo.



GRÁFICO N° 37

PUENTE P.H.I&T 04

117

Módulo Entrenamiento M.E.I&T 04

Es un módulo de entrenamiento y desarrollo que permite realizar múltiples

tareas con el microcontrolador 16F886. Cada puerto tiene 8 pines

correspondientes a los 8 bits, a cada bit se denomina Señal I/O

acompañada de pines de +Vcc y Gnd, donde Vcc puede ser seleccionable

es decir utilizar el voltaje interno del módulo entrenamiento o externo

mediante el Jack VDD.



GRÁFICO N° 38

M.E.I&T 04

118

CUADRO N° 23

ESPECIFICACIONES DEL M.E.I&T 04

Puede recibir y enviar datos por USB. Soporta múltiples

sistemas operativos.

Permite digitalizar señales analógicas entre 0-5 VDC con

resolución de 8–10 bits.

El interruptor permite encender o apagar el hardware en

cualquier momento.

Tecnología LED permite tener un hardware adecuadamente

señalizado.

ICSP permite la programación en caliente.

El uso de botones nos permite tener señales de entrada que el

usuario las pueda activar voluntariamente.

Podrá comunicarse con otros dispositivos a través de protocolo

RS-232

Este periférico de salida le permite generar tonos de distintas

frecuencias.

Utilización de fuente para energizar el hardware.

El algoritmo desarrollado en el computador debe ser cargado o

quemado en el microcontrolador.



119

Micromotor DC 150:1

Este tipo de motor ofrece un movimiento lineal y rotatorio al aplicarle una

diferencia de potencial en sus extremos lo que permite que el robot pueda

movilizarse, es decir, convierte la energía eléctrica en mecánica y también

funciona como un generador de energía eléctrica.



Estos pequeños motores, de alta calidad, están dotados de una caja

reductora para otorgar mayor fuerza de torsión sacrificando velocidad

lineal y están pensados para trabajar a 6 V, aunque, por lo general

pueden funcionar con tensiones de 3 a 9 V. A su tensión nominal, dichos

motores pueden llegar a operar a 1300 RPM.

GRÁFICO N° 39

MICROMOTOR

120



Rueda Loca

Es una rueda de pivote o rotatoria. El robot utiliza una rueda loca de

d=1,25cm la cual le permite girar libremente y está situada en la parte

inferior delantera.



GRÁFICO N° 40

DIMENSIONES DEL MICROMOTOR

GRÁFICO N° 41

RUEDA LOCA

121

Ruedas Dentadas

Las ruedas son las que proporcionan la tracción necesaria al robot, por

ese motivo es uno de los componentes más importante del robot. Este

tipo de rueda consiste en una rueda común pero que está especialmente

diseñada para el uso de los encoders, ya que en su interior incorpora una

especie de dientes para que los encoders puedan detectar su giro,

además por su diseño está preparada para disminuir la posibilidad de

derrape. Tiene un diámetro de 4,2 cm, lo que hace que por cada vuelta

completa recorra unos 13,2 cm.



Alimentación por Baterías

Esta forma ofrece la ventaja de no tener un alcance limitado, aunque su

tiempo de funcionamiento depende del consumo del robot y la capacidad

que ofrezcan las baterías.

GRÁFICO N° 42

LLANTAS WHEEL

122

Para el robot usaremos dos baterías de 9V.



Diseño del Laberinto



GRÁFICO N° 43

BATERÍA 9V

GRÁFICO N° 44

DISEÑO DEL LABERINTO

123

Como características principales del laberinto podemos mencionar las

siguientes:

El piso o base es de madera MDF Fibrofacil de un espesor de 0,9

cm y pintada de color blanco.

El ancho de los carriles es de 25 cm, la altura de las paredes son

de 20 cm y con un espesor de 0,4 cm hechos de Sintra PVC de

color blanco.

Los carriles tienen un ángulo recto (90°).

Las dimensiones del laberinto son de 1.52 x 1.22 m.

El laberinto sólo tendrá una salida.

6.4 FASE 2: Desarrollo de la Propuesta

Ensamblaje del Robot

Una vez establecidas las partes que conforman al robot se procede al

ensamblaje del mismo, el cual consiste en la instalación de los

componentes en la carcasa, con placa acrílica, y también se realizan las

interconexiones entre los mismos componentes. El robot presenta una

composición modular de tres niveles.

Nivel I: En la parte inferior se encuentran los componentes destinados

a la locomoción y fuente de energía.

124



Se usa dos motores acoplados a las ruedas, ambas situadas en la parte

trasera del robot y estos a su vez están conectados a un módulo puente

que controla la velocidad de los motores. Además en la parte frontal se le

colocó una rueda loca para darle mayor flexibilidad al robot en sus

movimientos.

Nivel II: La parte superior destinada al control, es decir, donde va

alojado el microcontrolador.

GRÁFICO N° 45

ENSAMBLAJE, NIVEL I

125



Nivel III: La parte frontal tiene tres sensores infrarrojos ubicados a la

derecha, izquierda y enfrente del robot, los cuales les permitirá

detectar los obstáculos que se le presenten en el camino.



GRÁFICO N° 46

ENSAMBLAJE, NIVEL II

GRÁFICO N° 47

ENSAMBLAJE, NIVEL III

126

Construcción del Laberinto

El laberinto es el entorno en el cual se va a desenvolver el robot, el cual

está formado por carriles y encrucijadas, intencionadamente complejo

para confundir al robot. Se empieza el corte y unificación de las piezas

con las dimensiones definidas en el fase 1 del diseño del laberinto.



El robot podrá empezar en uno de los extremos del laberinto y tendrá una

única salida.

GRÁFICO N° 48

CONSTRUCCIÓN DEL LABERINTO

127

Programación del Robot

Gran parte del funcionamiento del robot está sujeto a los algoritmos que

controlan el movimiento y la recepción de los datos. Estos algoritmos se

implementan en lenguaje de programación de MikroBasic Pro. La

programación se carga en el microcontrolador M.E.I&T 04 mediante el

programador P.PIC I&T 04 conectando un cable de USB desde este a la

PC.

Se decidió implementar el algoritmo de lógica de seguimiento de la mano

derecha. Se basa en la regla de que estando dentro de un laberinto se

pueda encontrar la solución del mismo si se sigue siempre por la derecha

o por la izquierda. La aplicación en los robots de laberinto consiste en que

el robot deberá detectar la presencia de la pared derecha. A continuación

se presentan algunos ejemplos de cómo reaccionaría el robot en el

laberinto:



GRÁFICO N° 49

COMPORTAMIENTO 1

128





GRÁFICO N° 50

COMPORTAMIENTO 2

GRÁFICO N° 51

COMPORTAMIENTO 3

129

program Laberinto_Basico

symbol DIR1=PORTA.2

symbol NDIR1=PORTA.4

symbol DIR2=PORTA.3

symbol NDIR2=PORTA.5

DIM VOLT_FRENTE AS WORD

DIM DIST_FRENTE ,DIST_DERECHA As integer

DIM DIST_IZQUIERDA AS integer

DIM errordist,max ,alerta,tiempo as integer

SUB PROCEDURE SET_MOTOR(DIM MOTOR1,MOTOR2 AS

INTEGER)

'******************** MOTOR 1***************

IF(MOTOR1<0)THEN

MOTOR1=-MOTOR1

DIR1=0

NDIR1=1

ELSE

IF(MOTOR1>0)THEN

DIR1=1

NDIR1=0

130

END IF

END IF

'******************** MOTOR 2***************

IF(MOTOR2<0)THEN

MOTOR2=-MOTOR2

DIR2=0

NDIR2=1

ELSE

IF(MOTOR2>0)THEN

DIR2=1

NDIR2=0

END IF

END IF

PWM1_Set_Duty(MOTOR2)

PWM2_Set_Duty(MOTOR1)

END SUB

SUB PROCEDURE MEDICION_FRENTE()

VOLT_FRENTE =Adc_Read(1) ' ANALOGICO(13) RETORNA 10BITS

0-0V 1023->5V

Delay_ms(30)

131

DIST_FRENTE=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-30cm

'DIST_FRENTE=(6787 / ( VOLT_FRENTE - 3)) - 4 'ec sensores 10-80cm

END SUB

SUB PROCEDURE MEDICION_DERECHA()


0-0V 1023->5V

Delay_ms(30)

DIST_DERECHA=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-30cm


END SUB

SUB PROCEDURE MEDICION_IZQUIERDA()


0-0V 1023->5V

Delay_ms(30)

DIST_IZQUIERDA=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-

30cm


END SUB

main:

OPTION_REG=$80

INTCON=0

132

TRISA=3

TRISC=1

TRISB=1

ANSEL=3

ANSELH=$10

PORTB=0

PORTA=0

PORTC=0

alerta=0

DIST_FRENTE =0

DIST_IZQUIERDA =0

max=150

PWM1_Init(1000)

PWM2_Init(1000)

PWM1_Start()

PWM2_Start()

PWM1_Set_Duty(0)

PWM2_Set_Duty(0)

Delay_ms(200)

MEDICION_FRENTE()

MEDICION_DERECHA()

133

MEDICION_IZQUIERDA ()

Delay_ms(100)

WHILE(1)

' '************************** CONTORNEAR POR LA PARED DERECHA

*******************************************************

MEDICION_FRENTE()

MEDICION_DERECHA()

errordist = (9 - DIST_DERECHA )

if(DIST_FRENTE >10)then

if(errordist >0) AND (errordist <4) then 'DIST_IZQUIERDA

>=8cm AND DIST_IZQUIERDA <=6cm

set_motor(max,max)

else

if(errordist <=0) AND (errordist >=-2) then 'DIST_IZQUIERDA

>=9cm

set_motor(max,-max)

Delay_ms(20)

set_motor(max,max)

Delay_ms(20)

else

if(errordist <=-7) then 'DIST_IZQUIERDA >=16

134

set_motor(max,max)

Delay_ms(700)

set_motor(max,-max)

Delay_ms(500)

set_motor(max,max)

Delay_ms(100)

else

if(errordist >=4) then 'DIST_IZQUIERDA <=5cm

set_motor(-max,max)

Delay_ms(40)

set_motor(max,max)

Delay_ms(20)

end if

end if

end if

end if

else

SET_MOTOR(-max,max)

Delay_ms(10) 'si se pega mucho a la pared

end if

WEND

end.

135

6.5 FASE 3: Pruebas de la Propuesta

Pruebas y Correcciones

Se realizaron pruebas de funcionamiento del robot. Además de las

pruebas finales del sistema, se desarrollaron pruebas parciales durante el

proceso de construcción del robot, principalmente sobre el hardware.

Luego se realizaron las pruebas de campo que fueron realizadas en un

ambiente para el cual fue diseñado el robot, donde se pusieron a prueba

sus características en un entorno real. Estas pruebas sirvieron para

determinar la funcionalidad final que ofrece el robot.

Como primera prueba del prototipo, después de haber observado la

reacción de los motores cuando se acercaba un obstáculo a los sensores,

se procedió llevar al robot a un ambiente más parecido a lo que se tenía

previsto.

Se empezó a someter al robot a una caja de cartón con forma cuadrada

para que pudiera hacer sus tres diferentes maniobras y dar vueltas en su

eje central para poder esquivar las paredes sin tener que chocar con ellas

pero se halló un error al dar giro, ya que el robot topaba la pared; para

corregir ese error se toma la opción de programar la distancia máxima de

separación entre la pared y el robot, como se mencionó anteriormente el

robot se desarrolló con la lógica de seguimiento de la mano derecha por

136

lo que se procedió a establecer en el sensor derecho una distancia de 6

cm a la pared.

El robot validará a que distancia está y si no está dentro de la distancia

especificada procederá a ubicarse a la distancia exacta. Por último se

llevó al robot a un entorno más amplio y completo para que ponga a

prueba todos los algoritmos que se le implementaron para que cumpla

con su objetivo en totalidad.



GRÁFICO N° 52

COMPILACIÓN DEL PROGRAMA

137

GLOSARIO

Actuadores: Son los que generan la fuerza para animar la estructura

mecánica.

Autómata: Aparato que encierra en sí mismo los mecanismos

necesarios para ejecutar ciertos movimientos o tareas similares a las

que realiza el hombre, manifestándose como un ser animado capaz de

imitar gestos.

Automatización: Se le denomina así a cualquier tarea realizada por

máquinas en lugar de personas.

Digital: Es la representación de la información basada en un código

numérico discreto.

Dispositivo: Es el mecanismo de un máquina que, una vez

accionado, desarrolla de forma automática la función que tiene

asignada.

Efectores: Es un dispositivo que afecta o modifica el entorno de la

máquina.

Giro: Movimiento básico de un manipulador.

Grado de libertad: Es cada uno de los movimientos básicos que

definen la movilidad de un determinado robot.

138

Inteligencia Artificial: Es la ciencia que estudia la simulación de

funciones y actividades cognitivas propias de la inteligencia humana

por medio de la computadora.

Microcontrolador: Es un circuito integrado programable que contiene

todos los componentes de un computador, se emplea para realizar una

tarea determinada para la cual ha sido programado.

Neumático: Es un manipulador cuya energía de movimiento viene

proporcionada por un sistema de aire comprimido.

Procedimiento: Secuencia de operaciones destinadas a la resolución

de un problema determinado.

Robot: Es un manipulador mecánico, reprogramable y de uso general.

Robot Autónomo (RA): Son sistemas completos que operan

eficientemente en entornos complejos sin necesidad de estar

constantemente guiados y controlados por operadores humanos.

Robótica: Es una rama de la ciencia que se ocupa del estudio,

desarrollo y aplicaciones de los robots.

Sensor: Es el transductor que capta magnitudes y las transforma en

señales eléctricas.




COMPUTACIONALES

“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS


ROBÓTICA”

MANUAL TÉCNICO Y DE USUARIO






2014




COMPUTACIONALES



ROBÓTICA

MANUAL TÉCNICO Y DE USUARIO






2014

I

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE GENERAL I

ÍNDICE DE GRÁFICOS II

MANUAL TÉCNICO 1

1.1 Introducción 2

1.2 Objetivo 2

1.3 Programas 2

1.3.1 MikroBasic PRO 2

1.3.2 Programador PICkit 2 5

MANUAL USUARIO 12

2.1 Introducción 13

2.2 Componentes del Robot 14

2.3 Advertencias de Seguridad y Precauciones en su

Manipulación 17

2.4 Como Usar el Robot Majo 18

2.5 Como Trabaja el Robot Majo 19

2.6 Misión del Robot Majo 20

II

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1

MikroBasic Pro 3

GRÁFICO 2

Logo de Microchip 5

GRÁFICO 3

Programador P.PIC 6

GRÁFICO 4

Abrir Programa PICkit 2 6

GRÁFICO 5

Programa PICkit 2 7

GRÁFICO 6

Conectar M.E I&T 04 y Programador 7

GRÁFICO 7

Conectar Programador a PC 8

GRÁFICO 8

Interfaz del PICkit 2 8

GRÁFICO 9

Activar Force PICkit 2 9

GRÁFICO 10

Importar Programa 9

GRÁFICO 11

Buscar Programa 10

III

GRÁFICO 12

Grabar Programa al M.E I&T 04 10

GRÁFICO 13

Mensaje de Grabación 11

GRÁFICO 14

Robot Majo 13

GRÁFICO 15

Programador 14

GRÁFICO 16

Sensor Infrarrojo 14

GRÁFICO 17

Módulo Puente 15

GRÁFICO 18

Micromotor 15

GRÁFICO 19

Módulo de Entrenamiento 16

GRÁFICO 20

Rueda Loca 16

GRÁFICO 21

Llantas 17

GRÁFICO 22

Encender Motores 18

GRÁFICO 23

Encender Módulo de Entrenamiento 19

IV

GRÁFICO 24

Robot Majo con Baterías 20

GRÁFICO 25

Misión del Robot Majo 20

1

MANUAL TÉCNICO

2

MANUAL TÉCNICO

Introducción

El manual técnico es una herramienta de soporte y ayuda para

estudiantes y/o docentes en general que requieran saber de la lógica con

la cual fue programado y diseñado el robot, para que en un futuro les

permita realizar cualquier cambio o avance en el mismo.

Objetivo

El manual tiene como objetivo principal brindar al lector una concepción

técnica del programa que se desarrolló para la implementación del robot.

Programas

Los programas utilizados para el desarrollo del proyecto fueron:

1. MikroBasic PRO para PIC es un compilador Basic con todas las

características para microcontroladores PIC de Microchip. Está diseñado

para desarrollar, construir y depurar aplicaciones embebidas basadas en

PIC.

El entorno de desarrollo cuenta con una amplia variedad de

características tales como: una sintaxis Basic fácil de aprender, IDE

(Entorno de Desarrollo Integrado) fácil de usar, un código muy compacto y

eficiente, muchos equipos y bibliotecas de software, la documentación

completa, el simulador de software, un depurador de hardware, la

3

generación de archivos COFF, etc., además incluye muchos ejemplos

prácticos que permiten un rápido inicio en la programación de

microcontroladores PIC.



Requerimientos

Similar al uso de cualquier lengua que no está limitada a los libros y a las

revistas, el lenguaje de programación Basic no está estrechamente

relacionado a un tipo particular de ordenador, procesador o sistema

operativo.

Esto puede ser un problema, ya que Basic varía ligeramente dependiendo

de su aplicación (como diferentes dialectos de una lengua). Sin embargo

se describe el hardware y software utilizado para el desarrollo del

proyecto que permitió satisfactoriamente programar el microcontrolador.

GRÁFICO N° 1

MIKROBASIC PRO

4

Hardware

Portátil compatible con x86

Procesador Intel Core i5

Ram 8GB

HDD de 750 GB

Software

S.O: Windows 7 de 64 bits

MikroBasic PRO for PIC

PICkitTM 2

Instalación:

Es necesaria la instalación de los programas MikroBasic y Pickit 2, la

instalación no tiene una configuración especial solo consiste en ejecutar la

aplicación e instalar. El programa MikroBasic PRO para PIC se lo puede

descargar directamente desde la web original de MikroElectrónica.

Codificación en MikroBasic PRO para PIC

El programa tiene los comentarios necesarios para la interpretación del

mismo en caso de que en un futuro se requiera realizar una mejora o

aumentarle más código de programación para que el robot realice más

tareas, aquí se detalla una breve descripción del cuerpo de programación:

5

Encabezado: Consta de la declaración e inicialización de cada una

de las variables utilizadas.

Cuerpo: Consta del código de las procedimientos necesarios para

el correcto funcionamiento del robot móvil, consta de una función

para:

Resolver laberintos (Detectar paredes)

Final: Consta de la función principal (Main) donde valida los

procedimientos correspondientes para que el robot tome una

decisión.

2. Programador PICkit 2, es una herramienta de programación para

desarrollo de bajo costo. Es capaz de programar la mayoría de los

microcontroladores y memorias seriales EEPROM de Microchip. PICkit 2

sirve para escribir programas en el microprocesador y se lo puede

descargar directamente desde la página de Microchip.



GRÁFICO N° 2

LOGO DE MICROCHIP

6

Programación en PICkit 2

El programador sirve para escribir el programa en los microcontroladores,

en el proyecto se usa el programador P.PIC I&T 04 que fue por medio del

cual se escribió el programa en el M.E.I&T 04 vía USB.



Pasos para grabar el programa en el M.E.I&T 04:

1) Abrir el programa en el computador.



GRÁFICO N° 4

ABRIR PROGRAMA PICKIT 2

GRÁFICO N° 3

PROGRAMADOR P.PIC

7



2) Conectar el microcontrolador al programador por medio del cable bus

de datos IDC (Insulation Displacement Connector - Conector por

desplazamiento del Aislante).



GRÁFICO N° 6

CONECTAR M.E I&T 04 Y PROGRAMADOR

GRÁFICO N°5

PROGRAMA PICKIT 2

8

3) Conectar el programador a la PC por medio del cable USB.



4) Buscar el dispositivo desde el programa, una vez que lo encuentra la

pantalla será igual a la siguiente:



GRÁFICO N° 7

CONECTAR PROGRAMADOR A PC

GRÁFICO N° 8

INTERFAZ DEL PICKIT 2

9

Nota: Si es la primera vez que conecta el programador P.PIC I&T 04 a la

PC, seleccionar la opción Force PICkit 2 como muestra el GRÁFICO N° 9.



5) Buscar el programa desarrollado en MikroBasic. (La extensión del

programa a cargar es .hex)



GRÁFICO N° 9

ACTIVAR FORCE PICKIT 2

GRÁFICO N° 10

IMPORTAR PROGRAMA

10



6) Dar clic en el botón Write.



GRÁFICO N° 11

BUSCAR PROGRAMA

GRÁFICO N° 12

GRABAR PROGRAMA AL M.E I&T 04

11

7) Finalmente se muestra el siguiente mensaje: Grabado

satisfactoriamente.



8) Realizar las pruebas pertinentes para constatar que se grabó

correctamente el programa al microcontrolador.

GRÁFICO N° 13

MENSAJE DE GRABACIÓN

http://www.google.com.ec/url?sa=i&rct=j&q=pickit+2+para+que+sirve&source=images&cd=&cad=rja&docid=Z1MJccX7lvg8IM&tbnid=ZDLsTOlHUnYyTM:&ved=0CAUQjRw&url=http://programasmecatronica.blogspot.com/2011/11/pickit-2.html&ei=trxyUdTgOIrq8wTVt4HoDQ&bvm=bv.45512109,d.eWU&psig=AFQjCNElvQzE73bfUnbW0SoSW853m3TomQ&ust=1366560299778075

12

MANUAL USUARIO

13

MANUAL USUARIO

Introducción

Robot Majo es un pequeño robot autónomo de alto rendimiento,

designado para competiciones de resolución de laberintos. Se alimenta

por 2 baterías de 9V.

Los resultados son consistentes y están bien sincronizados con el código.

El robot está totalmente ensamblado con dos micromotores de metal para

las ruedas, tres sensores infrarrojos ubicados en lado izquierdo, derecho y

parte frontal del robot. El robot mide aproximadamente 10,5 cm y pesa

alrededor de 83 gr. sin baterías.



GRÁFICO N° 14

ROBOT MAJO

14

Componentes del Robot

Programador P.PIC I&T 04 es un programador que permitirá cargar al

módulo M.E.I&T 04 los algoritmos desarrollados en el programa

MikroBasic.



Sensor infrarrojo también conocido como sensor infrarrojo de

proximidad de rango corto permite una lectura continúa de la distancia

y entrega un voltaje análogo proporcional a la distancia medida, en un

rango de 4cm a 30cm.



GRÁFICO N° 15

PROGRAMADOR

GRÁFICO N° 16

SENSOR INFRARROJO

15

Módulo puente H P.H.I&T 04 es un módulo para el control de dirección

y velocidad de dos motores DC totalmente independientes.



Micromotor DC es el encargado de convertir la energía eléctrica en

mecánica provocando un movimiento rotario a la llantas para que el

robot pueda movilizarse.



GRÁFICO N°. 17

MÓDULO PUENTE

GRÁFICO N° 18

MICROMOTOR

16

Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 es un módulo de entrenamiento y

desarrollo que permite digitalizar señales analógicas entre 0-5 VDC

con resolución de 8 - 10 bits.



Rueda loca es una rueda de pivote o rotatoria sin tracción que puede

girar libremente y generalmente está situada en la parte inferior de una

estructura.



GRÁFICO N° 19

MÓDULO DE ENTRENAMIENTO

GRÁFICO N° 20

RUEDA LOCA

17

Llantas Wheel son ruedas que tienen un diámetro de 4,2 cm, están

diseñadas para micromotores engranados. Cada rueda (cerca del eje)

trae pequeños dientes los cuales reflejan un haz de luz para mayor

precisión o conteo de vueltas o grados.



Advertencias de Seguridad y Precauciones en su

Manipulación

El robot Majo no es para niños. Los más jóvenes deben usar el

producto bajo supervisión de adultos. Mediante el uso del producto, se

compromete a no señalar al robot Majo como responsable por

cualquier lesión o daños relacionados con el uso incorrecto del mismo

producto.

El producto no está diseñado para jugar y no debe utilizarse en

aplicaciones en las que el mal funcionamiento del producto podría

causar lesiones o daños.

GRÁFICO N° 21

LLANTAS

18

Precauciones adicionales:

El robot contiene plomo, no lo lavar ni echar líquidos.

Está diseñado para trabajar en interiores y pequeñas superficies

deslizantes.

No poner en contacto con superficies metálicas las cuales pueden

hacer contacto y producir cortocircuito que dañarían al robot.

Revisar si las baterías están cargadas antes de utilizar el robot.

Una vez que se deja de usar el robot se recomienda desconectar las

baterías, si se deja las baterías conectadas por periodos largos sin

usar el robot, se corre el riesgo que la batería se derrita y el líquido

podría dañar las partes y el correcto funcionamiento del robot.

Como Usar el Robot Majo

Para comenzar con el robot solo se deberá sacarlo de la caja, ponerle las

2 baterías de 9V y encender los botones. Luego se procede a:

1) Encender el botón del Módulo Puente H P.H.I&T 04.



GRÁFICO N° 22

ENCENDER MOTORES

19

2) Encender el botón del Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 una vez

encendido el botón el robot empezará a moverse dentro del laberinto

para darle una solución.



Como Trabaja el Robot Majo

La potencia del sistema del robot empieza con las baterías, por eso es

importante conocer cómo trabajan las baterías. La batería contiene unos

elementos químicos que reaccionan moviendo electrones desde el

positivo (+) al terminal negativo (-).

El voltaje de la batería se reduce con el uso, pero los componentes

eléctricos usados precisan de un voltaje controlado. Un componente

llamado regulador de voltaje ayuda a que el voltaje se mantenga

GRÁFICO N° 23

ENCENDER MÓDULO DE ENTRENAMIENTO

20

constante. El robot Majo necesita de 2 baterías de 9V. Una va conectada

a los motores y la otra al módulo de entrenamiento.



Misión del Robot Majo

El objetivo principal del robot Majo es buscar la salida de un laberinto

previamente diseñado. Al robot se lo ubica en uno de los extremos del

laberinto y debe tomar decisiones conforme vaya avanzando en el

laberinto usando el algoritmo desarrollado hasta cumplir la meta.



GRÁFICO N° 25

MISIÓN DEL ROBOT MAJO

GRÁFICO N° 24

ROBOT MAJO CON BATERÍAS

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