Construcción de una simulación

(Sesión 11)

Un algoritmo es una serie de pasos definidos y precisos, que se siguen para lograr el objetivo planeado.Es el conjunto de operaciones y procedimientos que deben seguirse para resolver un problema. La palabra "algoritmo" deriva del nombre latinizado del gran matemático árabe Mohamed Ibn Moussa Al Kow Rizmi, el cual escribió sobre entre los años 800 y 825 su obra Quitab Al Jabr Al Mugabala, donde se recogía el sistema de numeración hindú y el concepto del cero. Fue Fibonacci, el que tradujo su obra al latín y la inició con las palabras: Algoritmi dicit.
El lenguaje algorítmico es aquel por medio del cual se realiza un análisis previo del problema a resolver y encontrar un método que permita resolverlo. El conjunto de todas las operaciones a realizar, y el orden en el que deben efectuarse, se le denomina algoritmo.
El lenguaje informático es aquel por medio del cual dicho algoritmo se codifica a un sistema comprensible por el ordenador o computadora.
Utilizando el simulador Stagecast Creator, se visualizaron las secuencias que se pretendían lograr: que la estrella verde tuviera libre acceso a toda la pantalla. Es importante destacar que aunque solo se establecen 5 pasos, éstos en un momento dado se convierten en ciclos, pues las estrellas pueden estar colocadas en diferentes lugares y se convierten en obstáculos para nuestra protagonista.
Los pasos a seguir son:
1. Ubicar a nuestra estrella verde en el espacio (pantalla blanca).
2. Establecer instrucciones para su avance. (esto ya se mencionó en la telesesión 11).
3. Al momento de encontrarse con una estrella (amarilla o roja), establecer instrucciones para moverse y saltarla.
4. Si las estrellas se encuentran una sobre otra, brincar el obstáculo y continuar. (en este paso se debe dar la instrucción tanto para la amarilla bajo la roja, como viceversa, pues la estrella verde no distingue los colores mientras no sean establecidas ambas situaciones.
5. Para n obstáculos, deberán repetirse los ciclos anteriores, primero con cada color en específico y después con las diferentes combinaciones que pudieran existir utilizando todos los colores o características de cada estrella u obstáculo.
El diagrama de flujo para este algoritmo es el siguiente:

Sitios de consulta:

Gonzáles, R. Algoritmos y programación, http://www.algoritmos.tk/ consultado Abril, 2007.

Méndez, J. Algoritmo, http://www.monografias.com/ consultado Abril, 2007.

Diseño de un brazo mecánico

(Sesión 10)

Como complemento a la información sobre robótica educativa y pedagogica, les presento lo siguiente. Esta información la obtuve de la pagina www.todorobot.com.ar. En ella se muestra el diseño y construcción de un brazo mecánico, contiene fotos que permiten un desarrollo completo.

Proyecto: Diseño de un brazo mecánico
Fecha: 8 de Noviembre de 2000
Autor: TodoRobot
Bibliografía: Robótica Práctica de Angulo

Introducción:

Este proyecto surge del reclamo de muchos visitantes por planos y conceptos que les ayuden a iniciar la construcción de un Brazo Mecánico controlado por computadora.
A lo largo de este documento se verán distintos bosquejos e ideas que podrán orientarlos hacia el diseño de un brazo. Si bien los bosquejos presentados corresponden a un modelo de brazo bastante complejo, este puede ser adaptado de acuerdo a las posibilidades de cada uno.
Las siguientes imágenes muestran el modelo terminado del brazo que luego se verá en mas detalle:

Estas imágenes corresponden a un modelo comercial denominado ARMDROID que se utiliza con fines didácticos.

Descripción técnica:
En la siguiente figura se puede apreciar un diagrama del ARMDROID con todas sus partes detalladas:

Como se puede apreciar este modelo es un brazo muy completo, que posee cuatro ejes de movimiento: Base, Hombro, Codo y Muñeca. Como se ha comentado antes, no es necesario tener todos estos movimientos en un primer diseño. Por ejemplo el movimiento de la muñeca suele complicar bastante el diseño y puede ser obviado perfectamente sin que esto disminuya demasiado la capacidad de trabajo del brazo.
En la siguiente figura se puede apreciar los ángulos de giro clásicos de las distintas articulaciones:






Si bien no se aprecia el ángulo de giro de la base, esta posee un movimiento de derecha a izquierda y viceversa con un ángulo de giro generalmente limitado por los cables que conectan el cuerpo del brazo con la base de apoyo. De todas formas con un buen diseño es posible alcanzar ángulos de giro muy cercanos a los 360°.
En la construcción de este modelo se utilizan 6 motores paso a paso. Uno es utilizado para el movimiento lateral de la base, un segundo y tercer motor para dar movimiento al brazo y antebrazo, un cuarto y quinto motor para accionar la muñeca hacia arriba y abajo y darle giro, y el sexto y último motor para controlar la apertura y cierre del aprehensor de la mano.
Los motores se ubican principalmente en la base para evitar cargar con pesos adicionales las extremidades, ya que esto redundaría en tener que usar motores mas potentes para lograr mover las mismas.
La conexión mecánica entre los motores y los ejes de cada extremidad se realiza por medio de delgados cables de acero, engranajes y poleas, según se aprecia en la siguiente figura:

Para terminar, veremos dos imágenes que ilustran la construcción y accionamiento de la muñeca y la mano:

Accionando el brazo desde la PC:
Para controlar el brazo desde la PC se puede hacer uso de la interfaz para puerto paralelo publicada en esta misma sección en conjunto con la controladora para 4 motores paso a paso también disponible en esta sección.
Si bien este brazo utiliza 6 motores, podemos obviar el movimiento de la muñeca con lo cual podríamos realizarlo con tan solo 4 motores paso a paso.

Alternativa a los motores paso a paso:
También es posible accionar un brazo mecánico mediante el uso de motorreductores o bien motores DC con cajas reductoras adecuadas.
El resto de la mecánica no cambia, pero hay que tener en cuenta que en los motores DC a diferencia de los motores paso a paso, no es posible controlar su giro, estos giran una vez aplicada la energía y no hay forma de saber cuanto han girado. Para solucionar esto se puede hacer uso de un sistema de retroalimentación que nos informe en que posición se encuentra cada eje y de esta forma sabremos cuando debemos accionar o detener un motor y a su vez hacia que lado debe girar el mismo. Este sistema es comúnmente llamado Servomecanismo, y para realizarlo basta simplemente con hacer uso de un potenciómetro lineal conectado mecánicamente con cada eje que se desee controlar. De esta forma cada vez que el eje gire, también girará el potenciómetro del cual podemos obtener una lectura analógica de la posición del eje.
El siguiente paso es transformar esta lectura analógica en digital para poder interpretarla en la PC y tomar las acciones necesarias. Para esto existen en el mercado y a precios muy accesible chips A/D que con muy pocos componentes externos permiten traducir una o varias lecturas analógicas y representarlas en un byte que puede ser leído e interpretado por cualquier dispositivo digital. Como ejemplo podemos mencionar la línea ADC de Mational cuyas características pueden apreciarse en la siguiente dirección:

o y de esta forma realizar la lectura de los potenciómetros.
También es factible realizar tu propio conversos A/D con componentes discretos y a medida de tus necesidades.

Conclusión:
Es muy importante el uso de materiales livianos para la construcción de un brazo mecánico, ya que todo peso adicional redundará en una complejidad mecánica y económica, debido a que obligará a utilizar motores de mayores potencias. Un buen material es el aluminio, este es fácil de conseguir, relativamente económico y extremadamente liviano en comparación con su dureza.

Robótica pedagógica vs. Robótica educativa.

(Sesión 10)

El ser humano es creativo por naturaleza; desde las antiguas civilizaciones hasta nuestros días, en cada momento surgen nuevos avances que permiten que la sociedad avance a pasos agigantados.

Sin embargo, basándonos en investigaciones sobre la carencia de estructuras de razonamiento hipotético-deductivo en los estudiantes de educación media superior, es factible afirmar que lejos de poseer un dominio intelectual propio del pensamiento formal, existe una necesidad de encontrar actividades que faciliten el desarrollo de la estructura cognitiva.

Esto es la base que determina que es aplicable la integración de tecnologías en la educación, mismas que permitan desarrollar en los jóvenes, habilidades, destrezas, toma de decisiones, aprendizajes por descubrimiento, entre otros.

De entre las nuevas tecnologías que facilitan la transmisión de conocimientos por parte de los docentes, surge la robótica. De acuerdo con Legrende (1988), la robótica se define como “El conjunto de métodos y medios derivados de la informática cuyo objetivo de estudio concierne la concepción, la programación y la puesta en práctica de mecanismos automáticos que pueden sustituir al ser humano para efectuar operaciones reguladoras de orden intelectual, sensorial y motor.

El campo de aplicación de la robótica se ha ampliado considerablemente, permitiendo englobar diversas disciplinas que van desde la fabricación automatizada, hasta el campo de la educación.

Robótica pedagógica.

La robótica pedagógica se entiende como la disciplina que se encarga de concebir y desarrollar Robots educativos para que los estudiantes se inicien en el estudio de las ciencias (Matemáticas, física, electricidad, electrónica, informática y afines) y la tecnología. (Ruiz-Velasco, 1987).

Robótica educativa.

Uno de los principales objetivos de la Robótica Educativa, es la generación de entornos de aprendizaje basados fundamentalmente en la actividad de los estudiantes. Es decir, ellos podrán concebir, desarrollar y poner en práctica diferentes Robots educativos que les permitirán resolver algunos problemas y les facilitarán al mismo tiempo, ciertos aprendizajes. En otras palabras, se trata de crear las condiciones de apropiación de conocimientos y permitir su transferencia en diferentes campos del conocimiento.Se puede concluir que la Robótica Educativa se ha desarrollado como una perspectiva de acercamiento a la solución de problemas derivados de distintas áreas del conocimiento como las matemáticas, las ciencias naturales y experimentales, la tecnología y las ciencias de la información y la comunicación, entre otras. Uno de los factores más interesantes es que la integración de diferentes áreas se da de manera natural.

A continuación, un ejemplo de robot:


TRBot-1

Códigos:
· TRBOT-1-200
· TRBOT-1-100
· TRBOT-1-50
· TRBOT-1-15
El robot programable TRBot-1 ha sido especialmente diseñado para realizar prácticas en el campo de la robótica. Su reducido tamaño y peso, así como su gran capacidad para el manejo de sensores ópticos y mecánicos, y su facilidad de expansión lo convierten en la herramienta ideal para quién desee adquirir experiencia en este campo. El cerebro del robot TRBot-1 es nuestra controladora programable TR-Brain la cual le permite manejar los motores y sensores que posee, así como también agregar funcionalidad mediante módulos adicionales.
El TRBot-1 viene en forma estándar con motorreductores MR4-200 que son los más recomendados por su relación velocidad/potencia. Sin embargo es posible ordenarlo con cualquier modelo de la línea MR4 si el uso al que estará dedicado así lo requiere. Para esto los últimos dígitos del código reflejan el tipo de MR4 que poseerá, es decir, un TRBOT-1-200 tendrá dos MR4-200, un TRBOT-1-50 tendrá dos MR4-50, etc.
Precio: US 199.90
http://www.todorobot.com.ar/productos/productos.htm


Referencias:

Nacif, D., Aplicando la Robótica pedagógica. Enseñanza de la ciencia y de la Tecnología a través de la robótica. ttp://roboticajoven.mendoza.edu.ar/pr_nacif.htm consultado el 21 de marzo de 2007.
Sánchez, M. Implementación de estrategias de robótica pedagógica en las instituciones educativas. http://www.eduteka.org/pdfdir/RoboticaPropuesta.pdf consultado el 27 de marzo de 2007.

Sánchez, M. Robótica educativa. http://www.roboticaeducativa.com/rob_edu.php consultado el 16 de abril de 2007.