“LA ROBOTICA PEDAGÓGICA, UNA ALTERNATIVA DEL APRENDIZAJE BASADO EN PROYECTOS”
Por Filiberto Candía García
Alumno del Doctorado CIPAE
INTRODUCCIÓN
En la actualidad muchos investigadores de diversos países, han creado una nueva disciplina a la que se ha llamado Robótica Pedagógica, con la finalidad de explotar el deseo de los educandos por interactuar con un robot.
Las actividades dentro de la robótica pedagógica son:
a) Estudiar el proceso de diseñar y construir mecanismos mecánicos.
b) Verificar que dichos mecanismos cumplan con una finalidad educativa.
OBJETIVOS :
-
Divulgar y practicar, la tecnología de programación de robots en la carrera de mantenimiento industrial, de la UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TECAMACHALCO.
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Acercar a la comunidad estudiantil al conocimiento de trabajos existentes en la Robótica Pedagógica y el tipo de alternativas que se desarrollan dentro de esta disciplina.
EL ROBOT Y LA EDUCACIÓN
Un robot es un sistema compuesto por mecanismos que le permiten hacer movimientos y realizar las tareas para los cuales ha sido diseñado, algunos de los cuales incluyen la posibilidad de ser programables y eventualmente cada vez mas inteligentes.
Una tarea en la que el robot nos puede auxiliar es la enseñanza, puesto que la robótica genera gran interés sobre las áreas involucradas en el proceso de construcción, programación y control de los robots.
EL PROYECTO
En la carrera de Mantenimiento Industrial de la Universidad Tecnológica de Tecamachalco, se ha desarrollado una aplicación de Robótica Pedagógica. Se trata de un prototipo de brazo robótico, de tamaño pequeño que se construyo con el esquema de un brazo controlado a través del puerto paralelo de una computadora personal mediante la programación en Borland C y Visual Basic, las señales enviadas al brazo robótico a través del puerto paralelo corresponden a las órdenes que el brazo robótico recibe y a las cuales obedece.
A continuación abordaremos más a fondo los elementos principales en los que nos hemos apoyado para desarrollar este proyecto, estos son:
La interfaz
El canal de comunicación
El Brazo Mecánico
El Programa o Software
FUNCIÓN DEL BRAZO ROBÓTICO
El brazo robótico fue creado para realizar las siguientes funciones:
-
Encender y apagar leds.
-
Girar sobre, si mismo hacia la derecha y hacia la izquierda.
-
Levantar y bajar su brazo.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
A través de un programa en Borland C y otro realizado en Visual Basic que contiene las funciones básicas del prototipo, controlamos el movimiento del brazo robótico con la libertad de moverse unos cuantos grados, dependiendo de la ubicación del motor en el brazo robótico.
En este proyecto utilizamos una interfaz electrónica (Puente H) entre la computadora y el brazo robótico, la comunicación entre la interfaz y la PC es realizada a través del DB-25 del puerto paralelo de la PC, se conecta a la interfaz electrónica y tomamos los pines que correspondan a las líneas de datos (2-9) y a la línea de datos que correspondan de GND para recibir las señales. Dicha información que manda el DB-25 es introducida en la interfaz, que se ha hecho de tal forma que el funcionamiento de uno de los motores no interfiera la realización de otras funciones del brazo robótico.
Este brazo robótico recibe señales directas de la PC y ejecuta las funciones correspondientes, de acuerdo a lo que se ordena.
El brazo robótico realiza sus movimientos con motores de corriente continua, por ser de los más comunes y económicos.
Las opciones que se presentan en el proyecto para el control de los motores de corriente continua son:
- Puente H o H-Bribge, que es la base de los drivers.
LA INTERFAZ
La Interfaz es el intermediario entre la computadora y el brazo robótico,
es construido con componentes electrónicos; básicamente
de resistencias y transistores.
La interfaz se divide en bloques de potencia, donde cada bloque
de potencia se va a encargar de controlar cada motor.
Para este caso si queremos que el brazo tenga tres
grados de libertad, será necesario establecer un control
sobre los tres motores que permitirán los movimientos.
EL CANAL DE COMUNICACIÓN
El canal de comunicación es el medio por el cual se conecta la interfaz con la computadora, en el caso del puerto paralelo se utiliza el cable de la impresora para conectar la interfaz.
Es importante conocer sobre el puerto paralelo, pues es por donde sale la información, que viajara a la interfaz.
El conector del puerto paralelo de la PC se localiza en el panel trasero. Para controlar los estados de los pines cuyos números van desde 2 hasta el 9 del conector del puerto paralelo.
EL BRAZO MECÁNICO
Esta compuesto por los 3 motores y material que los une, los cuales hacen la forma de un brazo, cada motor debe estar ubicado en cada articulación que se desee mover.
Es importante mencionar que en esta primera etapa del proyecto se ha propuesto diseñar el brazo robótico, mediante motores de corriente directa, con tres grados de libertad, en la segunda etapa se pretende hacer un brazo robótico, que cuente con una variedad de motores para sus movimientos, tales como: motor a paso bipolar, servomotor y un motoreductor.
EL PROGRAMA O SOFTWARE
El programa o software se encarga de emitir las señales positivas o negativas que va a recibir la interfaz formada por transistores, y que dependiendo de estas se va abrir o cerrar el circuito.
Se presentan dos programas a la fecha realizados en esta universidad:
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El primero fue realizado en Borland C y
-
El segundo fue hecho en Visual Basic.
FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO
El funcionamiento empieza con la elaboración de un programa o software en Borland C o Visual Basic, el cual envía señales de voltaje, las cuales pueden ser positivas o negativas, son transmitidas a través del cable de la impresora (DB25), desde el puerto paralelo (LPT1) de la computadora , hasta llegar a la interfaz. Cuando las señales llegan hasta la interfaz, los transistores reciben la señal positiva 1 o negativa 0 y dependiendo de esas señales activan o detienen los motores del brazo robótico.
El programa envía 8 dígitos binarios, los cuales los podemos distribuir para cada bloque de potencia, tal como se muestra:
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PIN 9 |
PIN 8 |
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PIN 7 |
PIN 6 |
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PIN 5 |
PIN 4 |
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PIN 3 |
PIN 2 |
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0 |
0 |
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0 |
0 |
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0 |
0 |
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0 |
0 |
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BLOQUE 4 MOTOR 4 |
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BLOQUE 3 MOTOR 3 |
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BLOQUE 2 MOTOR 2 |
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BLOQUE 1 MOTOR 1 |
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En la siguiente tabla se muestra un ejemplo de la salida en el puerto paralelo, dependiendo de la señal enviada en decimal, que es la base sobre lo cual hemos desarrollado los programas.
Tabla de valores
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Decimal |
Binario |
Efecto |
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0 1 2 4 8 |
00000000 00000001 00000010 00000100 00001000 |
Estado Apagado Motor A sentido 1 Motor A sentido 2 Motor B sentido 1 Motor B sentido 2 |
Siempre que en cada bloque de dígitos introduzcamos dos dígitos positivos o negativos, el motor permanece apagado, pero el caso en que uno de los dos dígitos del bloque sea positivo, el motor girara hacia un lado, y en el momento de invertir los dígitos, se invertirá el giro, con lo cual tenemos la herramienta para poder controlar el sentido del motor.
DESARROLLO DEL BRAZO ROBÓTICO
A continuación se explica la construcción y elaboración de los elementos para la realización del proyecto:
LISTA DEL MATERIAL
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Cantidad |
Material |
|
2 |
Transistores tipo PNP |
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2 |
Transistores tipo NPN |
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4 4 |
Resistores de 5.6 kΩ, ¼ w Resistores de 4.7 kΩ, ¼ w |
MATERIAL COMPLEMENTARIO
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Material |
Utilización |
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Cables |
Para realizar conexiones |
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Conector DB25 |
Para conectar la interfaz con el puerto paralelo. |
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Fuente de alimentación |
Para alimentar al circuito de corriente |
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Motores de 6 v CC |
Giro en ambos sentidos (Movimiento lento) |
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Swich on/off |
Para permitir el flujo de corriente al circuito |
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Placa fenólica |
Para realizar el circuito |
DESARROLLO DE LA INTERFAZ
La característica principal es la de recibir señales de la PC por medio del puerto paralelo, la cual se divide en bloques de potencia.
CONCLUSIÓN
Al utilizar la Robótica Pedagógica se obtiene, una amplia adquisición de conocimientos a través de la experiencia de la construcción de un brazo robótico y sobre todo deja al alcance de más compañeros la misma experiencia de aprendizaje.
M. EN C. FILIBERTO CANDIA GARCIA
CARRERA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TECAMACHALCO
Email: filinc@hotmail.com