mauricio quiroga - la rob tica en educaci n: una

MAURICIO QUIROGA - LA ROB\323TICA EN EDUCACI\323N: UNA APROXIMACI\323N A MODELOS ROB\323TICOS PARA LOS PROCESOS DE ENSE\321ANZA APRENDIZAJEROBÓTICOS PARA LOS PROCESOS DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE
EN LA EDUCACIÓN BÁSICA Y MEDIA
MAURICIO QUIROGA POSADA
ROBÓTICOS PARA LOS PROCESOS DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE
EN LA EDUCACIÓN BÁSICA Y MEDIA
MAURICIO QUIROGA POSADA
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico
Asesor
4
DEDICATORIA
recibido un irrestricto apoyo y su
ejemplo de vida. Muchas Gracias
5
AGRADECIMIENTOS
Agradecer es la pequeña retribución que como ser siempre podremos brindar a
todos aquellos que con sus acciones, pensamientos y acompañamiento nos han
brindado un apoyo firme en esta construcción de sueños y realidades.
Agradezco con especial alegría:
A mis padres, quienes siempre son un pilar en mi vida.
A mi hermano quien dio forma y diseño a las formas inconexas de mi cabeza.
A mis docentes del pregrado, en especial a Gloria Puetamán, Fernando Jiménez,
Jorge Zuluaga, Hernán Salazar, Camilo Flórez y Luis Fernando Arias; quienes con
sus enseñanzas no solo desde lo académico y disciplinar sino desde sus vidas
proyectaron en mi grandes y profundas enseñanzas.
Al Mg. Andrés Mauricio Cardenas quien creyó y creé que esta propuesta puede
generar nuevas líneas de pensamiento, además de ser un apoyo y orientación en
este proceso final del pregrado; tanto en lo administrativo y docente como en su
ejemplo de vida.
A los administrativos, docentes y estudiantes del Colegio Nuestra Señora de la
Providencia porque generaron en mi los fundamentos para relacionar lo educativo
con lo ingenieril en esta propuesta.
A todos los docentes y estudiantes que apoyaron con su información y tiempo.
A la Universidad de San Buenaventura por generar espacio de universalidad y
construcción de conocimientos.
6
CONTENIDOS
Pág.
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
MODELO
LOS NIÑOS
1.5 AUSUBEL Y EL APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO
1.6 JEAN PIAGET Y LA TEORÍA GENÉTICA
1.7 ANA LOURDES ACUÑA ZUÑIGA Y LA ROBÓTICA EDUCATIVA
2. ROBOTICA EDUCATIVA Y ROBÓTICA EN EDUCACIÓN
2.1 ROBÓTICA EDUCATIVA
2.3 ROBÓTICA EN EDUCACIÓN
3. ANALISIS TÉCNICO
3.1CLASIFICACIÓN DE ROBOTS
3.2.1 Robot Moway
3.2.1.4 Programación
3.2.3.1 Definición
3.2.3.2 Características
3.2.4.1 Definición
3.2.4.2 Características
EDUCACION
EMPLEANDO ROBOTS COMERCIALES
5. CONCLUSIONES
8
RESUMEN
La Robótica Educativa ha sido una herramienta que se está posicionando en el
medio educativo gracias a los beneficios que generan en los procesos de
enseñanza aprendizaje; pero esta línea de aprendizaje presenta como fundamento
el aprendizaje de la robótica y de las ciencias afines. Pero para algunos
estudiantes su objetivo frente al aprendizaje en la educación básica no es
aprender la robótica; es por esto que se presenta como una nueva propuesta la
Robótica en Educación; la cual busca emplear la robótica como un medio y no
como un fin en la enseñanza de la educación básica.
En los estudios realizados a comunidades académicas el 95% de los estudiantes
estuvieron interesados en emplear los robots para aprendizajes; pero solo el 48%
quería aprender a construir el robot desde sus fundamentos, el 74% les interesaba
decididamente poder modificar el robot y sus aplicaciones para generar nuevos
robots o para simplemente mostrar su ingenio.
La Robótica en Educación busca emplear robots comerciales para que los
docentes puedan emplear en la enseñanza de asignaturas de la educación como
matemáticas, ciencias, música, arte, entre otras.
Esta propuesta pretende generar el interés en esta línea de educación y motivar a
las facultades de ingeniería en la construcción de estos prototipos comerciales
pero a más bajo costo y para las necesidades propias.
PALABRAS CLAVES: Robótica, Educación, Robótica Educativa, Robótica en
Educación, Robótica Pedagógica, Robots, Física, Laboratorios
9
INTRODUCCIÓN
constructivist methodology for teaching and
learning robotics (robotics as learning object)
and learning with robotics (robotics as
learning tool)”
Dimitris Alimisis
Cuando se está en la educación básica, los docentes buscan todas las formas
posibles para captar la atención de sus estudiantes en los procesos de enseñanza
aprendizaje; pero según nuestras poblaciones, cantidades, experiencias
personales y sociales, estratos, asignaturas y empatías frente al docente o la
asignatura estos procesos pueden ser complejos.
De allí es que salen todos los modelos pedagógicos como una forma de lograr
desarrollar estrategias de enseñanza y mediarlas a través de la didáctica.
En los últimos años se ha visto la gran importancia de relacionar la triada colegio-
universidad-empresa; y gracias a estos muchas adaptaciones positivas se han
dado. Una de ellas es la Robótica Educativa, la cual busca enseñar asignaturas a
través de la construcción de un robot, siendo esta técnica basada en los principios
del constructivismo como pedagogía activa y desarrollada mediante el aprendizaje
significativo de Ausubel.
Empleando la Robótica Educativa se han tenido grandes pruebas de su
efectividad en grupos muy concretos de estudiantes; pero surge el interrogante si
10
¿a todos los estudiantes les interesa aprender a construir un robot desde sus
inicios?. Esta pregunta es la principal motivación de este trabajo.
Desde mi experiencia de 5 años como docente, he podido identificar que son
pocos los estudiantes que se atan a procesos largos, ya que su visión dromológica
del mundo los hace estar ágilmente cambiando sus intereses y percepciones de
su futuro. Pero si he podido verificar que un estudiante de “tablero y tiza” como era
la costumbre hace algún tiempo en la educación ya no genera esos impactos
profundos de aprendizaje; esto lo sustenta Vigostky con su concepto de la Zona
de Desarrollo Próximo ya que esto consiste en la distancia entre el nivel de
desarrollo real determinado a través de la resolución de un problema mediante la
guía de algo o de alguien más capacitado. Por esto es que propongo que el
trabajo con robótica avance un paso diferente mediante la Robótica en Educación.
La Robótica en Educación lo que busca es emplear toda la infraestructura de
diseño, ingeniería, construcción e innovación que se da en el mundo tecnológico
con la robótica para ser empleada como material concreto de enseñanza. Acá no
interesa como surgió el diseño, la programación o la construcción del robot; son su
uso en el desarrollo y la comprensión de conceptos de diversas áreas del
conocimiento. Comercialmente existen varios productos que permiten lograr la
interrelación entre lo académico y lo tecnológico, avanzando más que solo la
utilización de computadores como TIC.
La dificultad mayor para el desarrollo de la Robótica en Educación es los costos
de los robots; ahí es donde esta propuesta pretende llamar a la atención a las
facultades de ingeniería para que den una mirada a la educación y aporten al
desarrollo de elementos que permitan una multiplicación de estas herramientas
por sus diseños ingeniosos y a bajos costos; centrándolos en las necesidades
propias de nuestro sistema educativo.
11
“La primera tarea de la educación
es agitar la vida, pero dejarla libre
para que se desarrolle”
Maria Montessori
La educación es una ciencia que ha propendido por desarrollar de manera
constante y estar a la vanguardia de nuevas líneas que centren y modelen los
mejores procesos de enseñanza aprendizaje. Se verá en este capítulo loas
definiciones y las propuestas educativas de varios autores, centrándose en el
constructivismo y orientándolo al final a propuestas frente al campo de la
interrelación robótica y educación.
1.1 PEDAGOGÍA
Hablar sobre pedagogía es ahondar en un mundo completamente interesante y
estructurado cuyo fin será analizar los procesos formativos en las personas y su
interrelación con el medio en que se desarrolla los procesos de enseñanza
aprendizaje.
Etimológicamente pedagogía viene del griego παιδαγωγα (paidagogós) de las
raíces “paidos” que es niño y “gogía” que es llevar o conducir; ósea el que lleva o
12
conduce al niño, y se refería al esclavo que cumplía esta misión. Actualmente la
palabra pedagogía tiene varias acepciones:
“Ciencia que se ocupa de la educación y la enseñanza”1
“La pedagogía es un conjunto de saberes que buscan tener impacto en el proceso
educativo, en cualquiera de las dimensiones que este tenga, así como en la
comprensión y organización de la cultura y la construcción del sujeto”2
Existen innumerables líneas y tendencias sobre desarrollos pedagógicos a nivel
mundial los cuales han sido aceptados de manera opcional por parte de cada
nación.
Colombia a nivel educativo desde el año 1990 decidió asumir el modelo sistémico
desarrollista en la conferencia mundial de Thailandia3; esta línea garantizaría un
incremento en las líneas científicas y viéndose reflejados en mayores niveles
educativos con fines cientificistas.
Este modelo pedagógico se desarrolla en la línea constructivista, la cual no es un
único modelo, sino un conjunto de visiones que centran el aprendizaje en el ser a
partir de una construcción significante del objeto de estudio.
1.2 CONSTRUCTIVISMO
Es el modelo del proceso enseñanza aprendizaje que acepta que la construcción
de los conocimientos depende en gran medida de los modelos que ya posee el
individuo en su mente, adquiridos a través de las experiencias y relaciones con el
1 Real Academia de la Lengua. [ En línea] <Disponible en: http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?
TIPO_BUS =3&LEMA=pedagog%C3%ADa> [consulta: 17 Sep. 2009]
2 Wikipedia. [En línea] <Disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Pedagog%C3%ADa#Concepto_de_
pedagog.C3.Ada> [consulta: 17 Sep. 2009]
3 DECLARACIÓN MUNDIAL SOBRE EDUCACIÓN PARA TODOS "Satisfacción de las necesidades básicas de
aprendizaje". Jomtien, Tailandia, 5 al 9 de marzo, 1990. [En línea] <Disponible en http://www.oei.es/
efa2000jomtien.htm> [consulta: 20 Sep. 2009]
13
exterior. La incorporación de los nuevos objetos de aprendizaje y su significado
dependerá de los conocimientos que ya posee.
El constructivismo, cómo el término lo sugiere, concibe al conocimiento como algo
que se construye, algo que cada individuo elabora a través de un proceso de
aprendizaje. Para el constructivismo, el conocimiento no es algo fijo y objetivo,
sino algo que se construye y, por consiguiente, es una elaboración individual
relativa y cambiante. Con frecuencia, el constructivismo también se considera una
teoría cognitiva, puesto que postula la existencia de procesos mentales internos, a
diferencia de las corrientes conductistas que no la consideran.
El supuesto fundamental del constructivismo es que los seres humanos
construyen, a través de la experiencia, su propio conocimiento y no simplemente
reciben la información procesada para comprenderla y usarla de inmediato; es
necesario crear modelos mentales que puedan ser cambiados, amplificados,
reconstruidos y acomodarlos a nuevas situaciones.
“El constructivismo es una teoría del aprendizaje que se basa en el supuesto de
que los seres humanos construyen su propia concepción de la realidad y del
mundo en que viven”4. Cada uno de nosotros genera su propio conocimiento, sus
propias reglas y modelos mentales con los que damos sentido y significado a
nuestras experiencias y acciones. El aprendizaje, dicho en forma simple, es el
proceso de ajustar nuestras estructuras mentales para interpretar y relacionarnos
con el ambiente. Desde esta perspectiva, el aprender se convierte en la búsqueda
de sentidos y la construcción de significados. Es por consiguiente, un proceso de
construcción y generación, no de memorizar y repetir información.
4 ROMO, Abel. El enfoque sociocultural del aprendizaje de Vygotsky. Andalucia: Pág. 2
14
1.3 BRUNER Y EL ESTUDIO DEL DESARROLLO INTELECTUAL DE LOS
NIÑOS
El psicólogo norteamericano Jerome Bruner, se dedicó al estudio del desarrollo
intelectual de los niños, surgiendo de este interés una teoría del aprendizaje.
Bruner postula que el aprendizaje supone el procesamiento activo de la
información y que cada persona lo realiza a su manera. El individuo, para Bruner,
atiende selectivamente a la información y la procesa y organiza de forma
particular. Las ideas de Bruner sobre el aprendizaje son las siguientes5:
1. El desarrollo se caracteriza por una creciente independencia de la
reacción respecto de la naturaleza del estímulo.
2. El crecimiento se basa en la internalización de estímulos que se
conservan en un sistema de almacenamiento que corresponde al
ambiente.
3. El desarrollo intelectual consiste en una capacidad creciente de
comunicarse con uno mismo o con los demás, ya sea por medio de
palabras o símbolos.
4. El desarrollo intelectual se basa en una interacción sistemática y
contingente entre un maestro y un alumno.
5. El lenguaje facilita enormemente el aprendizaje.
6. El desarrollo intelectual se caracteriza por una capacidad cada vez
mayor para resolver simultáneamente varias alternativas.
Para Bruner, el desarrollo intelectual se caracteriza por una creciente
independencia de los estímulos externos; una creciente capacidad para
comunicarse con otros y con el mundo mediante herramientas simbólicas y por
5 ARANCIBIA, V; HERRERA, P; STRASSER, K. Teorías cognitivas del aprendizaje. En: Psicología de la educación.
México, Alfaomega. pp. 75 -96
15
una creciente capacidad para atender a varios estímulos al mismo tiempo y para
atender a exigencias múltiples.
Bruner define el aprendizaje como el proceso de reordenar o transformar los datos
de modo que permitan ir más allá de ellos, hacia una comprensión o insight
nuevos. El aprendizaje por descubrimiento es la capacidad de reorganizar los
datos ya obtenidos de maneras novedosas, de manera que permitan insights o
descubrimientos nuevos. Esto queda expresado en el principio de este autor:
“Todo conocimiento real es aprendido por uno mismo”.
Bruner propone una teoría de la instrucción que considera cuatro aspectos
fundamentales: la motivación a aprender, la estructura del conocimiento a
aprender, la estructura o aprendizajes previos del individuo, y el refuerzo al
aprendizaje.
1.4 VIGOSKY Y LA ZONA DE DESARROLLO PRÓXIMO
Lev Semenovich Vigosky, psicólogo soviético que destacó la importancia de la
interacción social en el desarrollo cognitivo y postuló una nueva relación entre el
desarrollo y aprendizaje. Para este autor, el desarrollo es gatillado por procesos
que son en primer lugar aprendidos mediante la interacción social. De esta forma,
toda función psicológica superior es en primer lugar externa y sólo posteriormente,
externa.
Propuso una aproximación completamente diferente frente a la relación existente
entre aprendizaje y desarrollo, criticando la posición comúnmente aceptada, según
la cual el aprendizaje debería equiparse al nivel evolutivo del niño para ser
efectivo. Quienes sostienen esta posición consideran, por ejemplo, que la
16
enseñanza de la lectura, escritura y aritmética debe iniciarse en una etapa
determinada.
Sin embargo, observa Vigotsky, no podemos limitarnos simplemente a determinar
los niveles evolutivos si queremos descubrir las relaciones reales del desarrollo
con el aprendizaje.
En su teoría sobre la Zona de Desarrollo Próximo (ZDP)6, Vigotsky postula la
existencia de dos niveles evolutivos: un primer nivel lo denomina nivel evolutivo
real, es decir, el nivel de desarrollo de las funciones mentales de un niño, que
resulta de ciclos evolutivos cumplidos a cabalidad. Es el nivel generalmente
investigado cuando se mide, mediante test, el nivel mental de los niños. Se parte
del supuesto de que únicamente aquellas actividades que ellos pueden realizar
por sí solos, son indicadores de las capacidades mentales.
El segundo nivel evolutivo se pone de manifiesto ante un problema que el niño no
puede solucionar por sí solo, pero que es capaz de resolver con ayuda de un
adulto o un compañero más capaz.
Aquello que los niños hacen con ayuda de otro puede ser, en cierto sentido, más
indicativo de su desarrollo mental que lo que pueden hacer por sí solos. La Zona
de Desarrollo Próximo consiste en la distancia entre el nivel real de desarrollo,
determinado por la capacidad de resolver independientemente un problema y el
nivel de desarrollo potencial, determinado a través de la resolución de un
problema, bajo la guía de un adulto o en colaboración con otro compañero más
capaz.
6 TORGA, Maria. Vigotsky y Krashen: zona de desarrollo próximo y el aprendizaje de una lengua extranjera.
17
La ZDP define aquellas funciones que todavía no han madurado, pero que se
hallan en proceso de maduración, funciones que un mañana no lejano alcanzarán
su madurez y que aún se encuentran en estado embrionario. Estas funciones, dice
el autor, podrían denominarse “capullos” o “flores” del desarrollo, en lugar de
“frutos” del desarrollo.
David Ausubel (1978) propuso el término “Aprendizaje significativo” para designar
el proceso a través del cual la información nueva se relaciona con un aspecto
relevante de la estructura del conocimiento del individuo. A la estructura de
conocimiento previo que recibe los nuevos conocimientos, Ausubel le da el
nombre de concepto integrador.
El aprendizaje significativo se produce por medio de un proceso llamado
Asimilación. En este proceso, tanto la estructura que recibe el nuevo
conocimiento, como este nuevo conocimiento en sí, resultan alterados, dando
origen a una nueva estructura de conocimiento. El aprendizaje mecánico, en
cambio, es la incorporación de nueva información en la estructura cognoscitiva del
que aprende sin que establezca ninguna relación con los conceptos (o
proposiciones) ya existentes en ella, en cuyo caso, dicha información es
almacenada de manera arbitraria sin que haya interacción con aquella.
La organización del contenido programático permite aumentar la probabilidad de
que se produzca un aprendizaje significativo. Para ello, se debe comenzar por
conceptos básicos que permitan integrar los conceptos que vendrán en forma
posterior.
18
1.6 JEAN PIAGET Y LA TEORÍA GENÉTICA
Gestor de la llamada teoría genética, la cual a partir de los principios
constructivistas plantea que el conocimiento no se adquiere solamente por
interiorización del entorno social, sino que predomina la construcción realizada por
parte del sujeto. A partir de esta premisa él generó una teoría del desarrollo
cognitivo del niño, sin embargo, implícita en su teoría se encuentra una
concepción de la naturaleza y características del aprendizaje.
En relación a esto sus conceptos más importantes son:
a) Adaptación e Inteligencia: La inteligencia se trata de una capacidad común
a los seres humanos de mantener una concordancia entre el mundo y los
esquemas cognitivos del sujeto, lo cual le permitirá al sujeto funcionar en él.
La adaptación, es el proceso que explica el desarrollo y aprendizaje. Esta
se produce por medio de dos procesos complementarios: asimilación y
acomodación.
b) Asimilación: Este proceso consiste en incorporar nueva información en un
esquema preexistente, adecuado para integrarla (comprenderla).
c) Acomodación: Este proceso ocurre cuando un esquema se modifica para
poder incorporar información nueva.
d) Equilibración: El impulso para el crecimiento y el aprendizaje está dado por
la equilibración, una tendencia innata de los individuos a modificar sus
esquemas de forma que les permitan dar coherencia a su mundo percibido.
1.7 ANA LOURDES ACUÑA ZUÑIGA Y LA ROBÓTICA EDUCATIVA
La Doctora Ana Lourdes Acuña actualmente es la coordinadora del Área de
robótica y aprendizaje por diseño de la Fundación Omar Dengo de Costa Rica.
19
La Dra. Acuña concibe la robótica educativa como un contexto de aprendizaje que
se apoya en las tecnologías digitales para hacer y aprender sobre la robótica. Este
contexto involucra a quienes participan, en el diseño y construcción de creaciones
propias (objetos que poseen cuerpo, control y movimientos), primero mentales y
luego físicas, construidas con diferentes materiales y controladas por un
computador llamadas simulaciones o prototipos. Estas creaciones pueden tener su
origen, en un referente real, por ejemplo: un proceso industrial automatizado, en el
que los estudiantes recrean desde la apariencia de las máquinas hasta las formas
de movimiento o de interactuar con el ambiente; entonces nos encontramos ante
una simulación; o prototipos que corresponden a diseños totalmente originales,
como por ejemplo el diseño y control de un producto que resuelve un problema
particular de su escuela, de su hogar o comunidad; de una industria o proceso
industrial. Igualmente las producciones de los estudiantes podrían integrar ambas:
prototipos y simulaciones.
En esta época, la robótica educativa se posiciona como un elemento nuevo y
necesario de conocer por las nuevas generaciones. Las empresas e industrias han
incorporado procesos de producción y múltiples elementos tecnológicos que
incluyen automatismos y control de procesos. Los ingenieros mecánicos,
electrónicos y más recientemente los informáticos han asumido un papel
protagónico en estos desarrollos.
Sin embargo, existe la demanda de las poblaciones jóvenes de contar con
opciones de formación en esa especialidad.
En su propuesta la doctora integra elementos que para ella son fundamentales,
tales como: “Los énfasis y planteamientos se han creado en función de las
necesidades del proyecto. Algunas variable consideradas son: desempeños
cognitivos y sociales que el proyecto educativo aspira alcanzar en los
beneficiados, formación académica, recursos tecnológicos que el proyecto tiene,
tiempos de ejecución presencial y en línea que se requieren.
20
Los grupos de 20 personas, es lo optimo, si se cuenta con recursos suficientes
para trabajar en parejas. Propuestas que simulan las ejecuciones y resultados
esperados según la propuesta son las ideales y más efectivas, si se desea que
ellos pongan o lleven a la práctica los conocimientos en un corto plazo. Periodos
concentrados de 40 horas y distanciados a lo largo del año, han resultado muy
efectivos en nuestro caso. El seguimiento, entendido como la acción de apoyar y
orientar al docente en su salón de clase, es otro elemento esencial y requerido.”7
7 ACUÑA ZUÑIGA. Ana; Projects for educational robotics: engines for the innovation. [ En línea] <Disponible
en: http://www.formatex.org/micte2006/pdf/951-956.pdf> [consulta: 8 Sep. 2009]
21
del mundo. Mucha gente lo hace,
pero el hecho sigue siendo un
hecho”
2.1 ROBÓTICA EDUCATIVA
La robótica educativa surge de investigaciones realizadas en los años 60 por
Seymour Papera y otros investigadores del Laboratorio de Medios del
Massachussets Institute of Tecnology (MIT) quienes crearon dispositivos
tecnológicos que permitían a los niños construir edificios y máquinas.
En muchas instituciones educativas en todo el mundo, desde las escuelas
primarias a las universidades, la robótica se está utilizando como
una herramienta de participación y premiación por la participación de los
estudiantes en la ciencia y la tecnología. Sin embargo, una crítica a menudo
planteada se refiere a la falta de un plan de estudio adecuado que podría mezclar
experimentos de robótica a más trabajo de cursos tradicionales.
“Hablar sobre robótica educativa es tratar con robótica pedagógica como
menciona Velazco. R (1996) ya que esta es la disciplina que se encarga de
concebir y desarrollar robots educativos para que los estudiantes inicien en el
22
estudio de las ciencias (Matemáticas, Físicas, Electricidad, electrónica,
Informática y afines) y a la tecnología.”8
Así como también la Dra. Acuña, de acuerdo a la investigación que realizó sobre
la robótica “como el desarrollo de habilidades en diseño con niños, niñas y
jóvenes en América Latina concibe a “la robótica educativa como un contexto de
aprendizaje que se apoya en las tecnologías digitales e involucra a quienes
participan en el diseño y construcción de creaciones propias.“9
En apoyo a este aspecto pedagógico también se encuentra enGauge10 quien
opina que nos encontramos introducidos en una sociedad basada en el
conocimiento y es necesario crear propuestas educativas que pongan énfasis en
el desarrollo de
habilidades que preparen exitosamente a los estudiantes para la vida, el
aprendizaje y el trabajo.
creativa, era digital y comunicación eficaz.
En este desarrollo de diseño y construcción de entornos robotizados, se han
desarrollado cuatro sistemas11:
8 OSUNA, Edson; GONZÁLEZ, Emilio; LOREDO, Ambrocio y otros. Robótica Educativa. [En línea]. Mazatlán.
<Disponible en http://sociedadtecnologicademazatlan.com/wordpress/wp-content/uploads/2009/04/roed-
9 Ídem.
10 Las destrezas enGauge del siglo 21. [En línea] <Disponible en http://sp.pbl-online.org/end_in_mind/
emexplore/charts/enGauge.htm> [Consultado: 17 Oct. 2009]
11 RUIZ-VELASCO SÁNCHEZ, Enrique. Ciencia y Tecnología a través de la Robótica Educativa. En: Perfiles
Educativos. México. Universidad Nacional Autónoma de México. No. 72. 1996
23
1. “El sistema mecánico: está formado por los mecanismos, actuadores y
tornillos, así como el equipo de perirrobótica complementario. El cual
permite la correcta realización de las tareas requeridas”.
En esta etapa los estudiantes aprenden los conceptos necesarios para
construir un prototipo; acá es fundamental la precisión de medidas e
incorporación de motores que permiten darle funcionalidad al prototipo.
2. “El sistema de percepción está integrado por transductores y circuitos
electrónicos asociados que permiten la generación de señales eléctricas
para mostrar el estado de su entorno significativo”
Esta etapa es vital para darle una correcta relación al prototipo con el
entorno y permitirle desarrollar tareas concretas o diversas según los
objetivos planteados para el modelo de prototipo a diseñar y construir,
además del conocimiento electrónico de sus componentes.
3. “El sistema de control está constituido por uno o varios procesadores para
interactuar con los otros sistemas”
Esta etapa es la que permite la unión del Hardware con el software, ya que
allí se incorporan los elementos básicos de procesamiento e interpretación
de comandos.
4. “El sistema de comunicación hombre-máquina permite al usuario la
comunicación con el robot para darle las instrucciones que conforman
tareas específicas.
En esta etapa se dan los procesos bidireccionales, es allí donde el hombre
puede interactuar con la máquina mediante un lenguaje mediador entre
ellos (lenguajes de programación, lenguajes de compilación); dotando al
prototipo de tareas recurrentes (tareas de repetición en las cuales el
procesamiento es mínimo, como los robots soldadores), de tareas
coordinadas (tareas que pueden variar el alcance del robot a través de
ordenes directas por telecomando u infrarrojas) o de tareas de decisión
(tareas en la cual el robot toma decisiones a partir de información
24
incorporada en él y relacionada con el entorno o mediante aprendizaje por
inteligencia artificial)
2.2 VENTAJAS DE LA ROBÓTICA EDUCATIVA
Algunos de los logros pedagógicos de esta metodología educativa son los
siguientes12:
Aprender jugando:
Permite enseñar ciencia y tecnología de una forma práctica y divertida, ya
que a medida que se aprende un concepto, se cuenta con material
didáctico con el cual pueden estudiar los temas de forma práctica; tomando
en cuenta que cada contenido está relacionado con el robot final. Así el
aprendizaje se vuelve un “rompecabezas”, en donde solo recordando cómo
funciona el dispositivo, se puede elaborar.
Trabajo en equipo:
El colombiano generalmente por naturaleza, es una persona muy
inteligente y hábil, pero a la hora de trabajar en un grupo, en donde deben
compartir sus conocimientos con un objetivo común, no son capaces de ser
tolerantes y de encontrar las palabras adecuadas para hacer un buen
trabajo.
Desarrollo de competencias de comunicación:
Al estar trabajando de manera permanente en grupo, la comunicación y la
expresión juegan un papel importante en el buen entendimiento, que puede 12
EQUIPO ROBOTICAID. Educación Por Medio De La Robótica. [En línea] Colombia. <Disponible en
http://www.roboticaid.com/Documentos/Educaci%C3%B3n-Por-Medio-De-La-Rob%C3%B3tica>
[Consultado: 28 Sep. 2009]
25
tener el grupo frente a un problema cotidiano. De esta manera cada
participante tomará un rol específico; incluido al tema verbal, los escritos y
ensayos, permiten mejorar la habilidad de escritura.
Fortalecimiento del razonamiento físico – matemático:
Los temas de electrónica, mecánica y programación requieren de un nivel
de comprensión en las áreas de matemáticas y física importantes. El
simple hecho de hacer un sistema de transmisión y transformación de
movimiento por medio de una rueda de fricción, requiere de temas como:
velocidad tangencial, que a su vez depende del radio de la rueda
conductora y de la rueda conducida, junto con la velocidad angular de las
mismas.
Normalmente en las instituciones educativas colombianas las materias
tecnología e informática se enfocan en el manejo de software para oficina
(ofimático); el Word, Excel, Power Point, Access entre otros, son el pan de
cada día de los estudiantes. La tecnología es más que esto y por medio de
la construcción de robots, máquinas automáticas y proyectos tecnológicos
se hace tecnología e informática, de forma significativa, ampliando las
áreas de conocimiento que se ven y su profundidad.
Manejo de herramientas tecnológicas, tanto electrónicas, mecánicas y de
programación:
Muchos de los profesionales de la actualidad en el área de ingeniería, en
muchas oportunidades no son capaces de manejar las herramientas, las
cuales deberían manejar, ya que son “profesionales de papel”, que no son
muy útiles en modelos de producción de modernos. Manejar un protoboard,
una prensa, un taladro, un protoboard; etc, hacen la diferencia entre un
profesional de papel y un profesional útil y activo.
26
En muchas oportunidades ocurren accidentes en nuestros entornos
normales (casa, trabajo o estudio), porque no sabemos que elementos
utilizar para hacer un cambio de un bombillo, conexión eléctrica o
desensamblar un domestico de nuestras casa. Lo anterior se debe a que
las personas no tiene formación de normas de seguridad industrial y del
manejo de las herramientas adecuadas para cada tarea
Desarrollo de habilidades cognitivas:
Obviamente el trabajo con este tipo de artefactos tecnológicos permite que
los estudiantes apropien de forma significativa, los conceptos electrónicos,
mecánicos y de programación que es la construcción de un robot.
Motivación a estudiar carreras profesionales relacionadas con la robótica:
Al estar cerca de este tipo de tecnología tan fácil de manipular y de
trabajar, los estudiantes se interesan por estar en áreas de ingeniería en
donde se desarrolle tecnología, para mejorar procesos de producción el
país.
2.3 ROBÓTICA EN EDUCACIÓN
Hemos desarrollado hasta acá elementos propios y muy definidos de la robótica
educativa y las líneas de desarrollo que presentan; pero el interés de esta
propuesta está centrado en la implementación de la robótica como en elemento
educativo y no como un fin mismo.
27
El Dr. Dimitris Alimisis quien es un pilar dentro de la diada educación y robótica en
Grecia, define en su proyecto TERECOP13 (The Teacher Education on Robotics-
Enhanced Constructivist Pedagogical Methods) “TERECoP is being activated in
the field of educational robotics aimed at designing a constructivist methodology
for teaching and learning robotics (robotics as learning object) and learning with
robotics (robotics as learning tool)” [TERECoP está
activando en el campo de la robótica educativa dirigido en
el diseño de una metodología constructivista para la enseñanza y el aprendizaje
de la robótica (la robótica como objeto de aprendizaje) y el aprendizaje con
robótica (la robótica como herramienta de aprendizaje)]
En este punto el Dr. Alimisis muestra la importancia de la Robótica educativa (“la
robótica como objeto de aprendizaje”) y la robótica en educación (“la robótica
como herramienta de aprendizaje”)
Podemos entonces concluir y definir la Robótica en Educación mediando entre las
palabras de la Dr. Acuña y el Dr. Alimisis, como:
“Un contexto de aprendizaje que se apoya en las tecnologías para el desarrollo
del currículo educativo mediante la manipulación de los robots como herramienta
de aprendizaje”
13
ALIMISIS, Dimitris. Robotic Technologies as Vehicles of New Ways of Thinking About Constructivist
Teaching and Learning: The TERECoP Project. En Robotics & Automation Magazine, IEEE. Vol. 16 [En línea]
Grecia. <Disponible en http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5233411> [Consultada: 8
28
Las ventajas de la Robótica Educativa no dista mucho de las ventajas de la
Robótica en Educación, miremos algunos de los logros pedagógicos de esta
metodología educativa frente a los ya vistos:
Aprender jugando:
Permite enseñar ciencia y tecnología de una forma práctica y divertida, ya
que a medida que se aprende un concepto, se cuenta con material
didáctico con el cual pueden estudiar los temas de forma práctica; tomando
en cuenta que cada contenido está relacionado con el robot final. Así el
aprendizaje se vuelve un “rompecabezas”, en donde solo recordando cómo
funciona el dispositivo, se puede elaborar.
Trabajo en equipo:
El colombiano generalmente por naturaleza, es una persona muy
inteligente y hábil, pero a la hora de trabajar en un grupo, en donde deben
compartir sus conocimientos con un objetivo común, no son capaces de ser
tolerantes y de encontrar las palabras adecuadas para hacer un buen
trabajo.
Desarrollo de competencias de comunicación:
Al estar trabajando de manera permanente en grupo, la comunicación y la
expresión juegan un papel importante en el buen entendimiento, que puede
tener el grupo frente a un problema cotidiano. De esta manera cada
participante tomará un rol específico; incluido al tema verbal, los escritos y
ensayos, permiten mejorar la habilidad de escritura.
Fortalecimiento de los diversos razonamiento:
Ya que la robótica complementa las diversas área del conocimiento, se da
un fortalecimiento en todas y cada una de las áreas donde se complemente
la enseñanza empleando robótica; podríamos decir que en este sentido, la
29
robótica en educación genera una cobertura más amplia de los ambientes
de estudio.
Desarrollo de la imaginación y la innovación:
Al partir de un concepto dado, se pueden buscar nuevas formas de mejorar
o de innovar los procesos para que se obtenga resultados más óptimos y
adecuados a las necesidades individuales y grupales.
Desarrollo de la autoregulación, la autodeterminación y la tolerancia:
Genera en el estudiante los conceptos del trabajo colaborativo frente a las
responsabilidades individuales, permitiendo generar criterio de toma de
decisiones, aceptación de la diferencia y la concreción de síntesis mediante
la tolerancia y el respeto por la idea del otro y permite adquirir elementos
de responsabilidad y esfuerzo al cumplir con sus metas y entender los
límites que puede tener en su realización.
Desarrollo de habilidades cognitivas:
Obviamente el trabajo con este tipo de artefactos tecnológicos permite que
los estudiantes apropien de forma significativa, los conceptos electrónicos,
mecánicos y de programación que es la construcción de un robot.
30
indagación fructífera que revela
verdades de gran valor”
3.1CLASIFICACIÓN DE ROBOTS
Existen diversos tipos de clasificaciones de Robots, según su programación, sus
aplicaciones, al nivel de control entre otros. Miremos algunas clasificaciones:
1. Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones
grabadas. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.
2. Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado
de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos
obtenidos por sensores.
3. Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un
objeto al utilizar información desde un sistema de visión.
4. Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden
automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos
obtenidos por los sensores.
5. Robots con inteligencia artificial, donde las robots utilizan las técnicas de
inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver
problemas.
31
6. 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 al cuerpo con precisión los movimientos
y funciones de los órganos o extremidades que suplen.
7. Los androides son robots que se parecen y actúan como seres humanos.
Para llevarla la Robótica en Educación a la práctica, se utilizan kits para robótica
Crickets o Lego; estos últimos compuestos por fichas de Lego, un ladrillo
programable (RCX), un lenguaje de programación icónico llamado RoboLab y
algunos sensores (tacto, luminosidad, etc). Los robots que se construyen con
estos kits son resistentes y no se requieren conocimientos de electrónica para
hacerlos funcionar.
3.2.1 ROBOT MOWAY14:
Fig.1 Robots Moway
3.2.1.1 Definición:
Moway (Fig. 1) es un robot de pequeño tamaño programable que dispone de
sensores comunicable entre los de su especie o con el ordenador
inalámbricamente.
En la actualidad los sistemas embebidos están teniendo cada vez mas
importancia. Con el robot Moway tenemos un dispositivo móvil capaz de procesar
pequeños programas en su interior o de manera remota desde un PC.
A su vez dentro de la rama de la robótica móvil aplicada cada vez tiene más
importancia la coordinación de pequeños robots para aplicaciones de robótica
colaborativa.
Con los robots Moway realizar aplicaciones colaborativas es muy sencillo debido
a que integran comunicación por radio entre ellos y con el pc.
Para los educadores
• Dentro de la enseñanza técnica los robots Moway tienen especial interés
por ser un método sencillo y muy entretenido para aprender a programar
microcontroladores.
• Los alumnos parten de una estructura ya montada y probada y pueden
dedicar todos sus esfuerzos a desarrollar algoritmos.
• Moway es una plataforma hardware que puede acompañar al alumno
desde los primeros programas sencillos hasta las aplicaciones mas
complejas de robótica colaborativa.
Para los alumnos
• Moway es un producto orientado al alumno. Con él podrás olvidarte de los
problemas con el hardware y centrar tus esfuerzos a darle inteligencia al
robot.
• Los algoritmos que desarrolles podrás descargarlos de forma muy sencilla
al microcontrolador que lleva Moway en su interior.
• No te hace falta más que un cable usb, el grabador y el moway para poder
sacarle todo el partido al robot.
33
Es una herramienta práctica dentro del mundo de la enseñanza (Fig. 2)
3.2.1.2 Características:
• Dotado de múltiples sensores
• Permite la comunicación con un ordenador para su programación y
desarrollo de aplicaciones
Tiene una autonomía de 2 horas, y su batería LI-PO es recargable mediante la
conexión USB (se recarga cuando está conectado al PC por USB), está
preparado para poder conectarle un módulo de radiofrecuencia para
comunicación inalámbrica (de venta por separado, no viene incluido en el kit
básico).
34
• Sensores infrarrojos anticolisión.
• Indicador luminoso superior bicolor.
• Módulo de radiofrecuencia para comunicación inalámbrica. (no incluida en
el kit básico)
• Autonomía de 2 horas
• Preparado para robótica colaborativa
Kit básico robot Moway:
• Programador - cargador de batería USB
• Cable USB
Pack robot Moway + 2 Módulos de RF:
Con este pack se podrá controlar remotamente el robot desde el ordenador
por radiofrecuencia, o comunicar el robot con otro robot Moway para
aplicaciones colaborativas.
• Cable USB
• 2 Módulos RF 2.4GHz para el robot Moway o el ordenador
35
Kit deluxe Moway:
Con el kit deluxe podrás controlar remotamente tus robots desde el ordenador
por radiofrecuencia, o comunicar entre ellos los dos robots Moway incluidos
para aplicaciones de robótica colaborativas.
• x Microbot educacional Moway montado y listo para funcionar
• Cable USB
• Módulos RF 2.4GHz para los robots Moway o el ordenador
• Caja metálizada para guardar los robots y accesorios
• CD con software
Moway Center
El software necesario para descargar programas en el robot Moway. Cuenta con
un sistema de monitorización de la batería así como un registro del envío y
recepción de información a través del módulo de RF opcional. (Fig. 3)
Moway RC
Software de telecontrol y monitorización de sensores del robot Moway desde el
PC empleando la Base Moway y dos módulos de Radiofrecuencia, uno en el robot
Moway y otro en la Base Moway. (Fig. 4)
36
Fig. 3 Moway Center
Fig. 4 Moway RF
Para usar el software es necesario descargar el fichero .hex en el robot Moway y
37
instalar el software Moway RC en el PC. El software dispone de una ayuda con
toda la información de configuración y control.
MowayGUI (Programación visual)
Fig. 5 MowayGUI
Permite desarrollar aplicaciones para el robot Moway mediante diagramas de flujo
sin necesidad de conocimientos de programación en C o en ensamblador. Los
programas se desarrollan con un sistema basado en diagramas de flujo apto para
niños y principiantes en programación. (Fig. 5)
3.2.2 LEGO MINDSTORMS NXT15
3.2.2.1Definición:
Es una solución muy completa de aprendizaje. Es lo último en robótica
educacional, permitiendo a los estudiantes descubrir la programación controlando
dispositivos reales de entrada y salida, física (energías, fuerza y velocidad) y 15 http://mindstorms.lego.com/eng/Israel_dest/default.aspx
38
conceptos matemáticos de una forma divertida y participativa. Combinando
construcciones LEGO Technich con un software amigable e intuitivo se pueden
diseñar y construir distintos robots en grupos, colaborando con otros estudiantes
para resolver problemas y obtener ideas y resolver problemas probando y
evaluando.
Este Pack es el adecuado para escuelas a partir de 8 años, institutos, talleres de
robótica y universidades y para el hogar si se tiene menos de 12 años y se
requiere iniciarse con Mindstorms de forma guiada con tutoriales interactivos, y
viene con todos los accesorios necesarios incluida una batería recargable.
La parte principal de kit es el ladrillo inteligente NXT, del tamaño de un iPod con
un altavoz, un LCD monocromo, teclas de navegación en la parte frontal. Este es
el controlador del robot, su cerebro. Tiene 3 puertos en la parte superior para
conectar los servos, y 4 puertos en la parte inferior para conectar 4 sensores
diferentes: tacto, luz, sonido y ultrasonidos, o muchos más sensores opcionales
de la gama de accesorios de LEGO Education (sensor de temperatura,
acelerómetros, giróscopo, sensor de color, brújula, sensor RFID, etc.).
Fig. 6 Sistema NXT
Sistema NXT
1. El NXT: el cerebro controlado por ordenador del robot Mindstorms.
39
2. 2 sensores de tacto: permite al robot sentir y reaccionar al entorno.
3. Sensor de sonido: permite al robot reaccionar al sonido.
4. Sensor de luz: puede detectar luz y color.
5. Sensor de ultrasonidos: permite al robot medir distancias y reaccionar al
movimiento.
6. Servo motores: asegura los movimientos del robot con precisión
controlada.
3.2.2.3 Contenidos del Pack
El Pack educativo incluye:
• Ladrillo Inteligente NXT con un microprocesador de 32-bit, más memoria y
FLASH
• 3 Servo motores Interactivos que incorporan sensores de rotación para
ajustar la velocidad y disponer de un control más preciso.
• Sensor de sonido que reacciona a órdenes de sonido, patrones y tonos.
• Nuevo sensor visual ultrasónico capaz de responder al movimiento.
• 2 Sensores de presión mejorados: reacciona a la presión y también al ser
liberado.
• Sensor de luz mejorado capaz de detectar diferentes colores e
intensidades de luz.
seleccionados.
• 4 puertos de entrada, 3 puertos de salida y 7 cables.
• Display matricial.
• Altavoz piezoeléctrico.
• Batería y cargador.
40
• Detallado manual de instrucciones.
El kit incluye además cables Ethernet para conectar todos esto al NXT, así como
el software y un cable USB básico para descargar los programas de tu
computador (también se puede hacer por Bluetooth).
El software NXT-G 2.0 versión educativo, es muy intuitivo permitiendo a alumnos
y profesores navegar muy fácilmente por el entorno de programación visual. Está
basado en iconos (bloques de programación) y además es capaz de programar el
ladrillo NXT para que trabaje, con la ayuda de los cables de conversión.
Desde la primera pantalla del software se puede acceder a dos guías animadas:
"Getting Started" (primeros pasos) y "Software overview" (Fig. 4):
Fig. 7 Visión del software
41
Los 41 bloques de programación (iconos) están situados en dos paletas distintas
según el nivel de complejidad:
• La paleta básica consiste sólo en los 7 bloques de programación básicos
necesarios para controlar el robot de forma muy simple.
• La paleta completa permite acceder a todos los bloques de programación
posibilitando una funcionalidad de programación muy avanzada a la vez
que intuitiva.
Fig 8 Entorno software NXT-G 2.0
La nueva versión del software NXT-G 2.0 es compatible con Mac OS X y
Windows XP-Vista y tiene nuevas funcionalidades de "Data Logging" (adquisición
programada de datos) e incluye un visor de gráficos que hace sencillo analizar la
información obtenida de los sensores como el nuevo sensor de temperatura. Está
basado en el motor LabVIEW de National Instruments y funciona con el ladrillo
NXT y el RCX.
La línea Mindstorms además de ser muy potente para programar mediante su
software educativo, permite diseñar diversos prototipos (construcción de diversos
42
modelos) usando diversas piezas lego a través del software LEGO Digital
Designer16
17 http://www.robobuilder.net/eng/
La plataforma flexible modular educativa RoboBuilder, es como una versión
avanzada de LEGO Mindstorms NXT sin las limitaciones de 4 puertos para
sensores y tres puertos para servomotores, y es una elección ideal para muchas
escuelas y principiantes en robótica. Son perfectos para educación, hobby y
competición, además se puede implementar una gran diversidad de
configuraciones mecánicas. En la educación permite equilibrar los esfuerzos entre
la construcción (usualmente la parte más costosa con otras plataformas), la
programación y la fase de pruebas para un aprendizaje más equilibrado y
productivo.
RoboBuilder está basado en bloques reutilizables, que se caracterizan por ser
unos bloques fáciles de conectar y ensamblar mecánicamente entre sí con
44
modular inteligente wCK).
A menudo se utiliza mucho tiempo en el ensamblaje y construcción de robots y no
se disfruta el tiempo suficiente experimentando y jugando con ellos.
Los resultados estéticos de los robots son extraordinarios y sin competencia en
plataformas similares, con formas y perfiles redondeados y estilizados.
RoboBuilder incluye características avanzadas que no están incluidas en la
mayoría de otros kits y plataformas robóticas modulares: Control de movimiento
PID, Detector de distancia, Detección de sonido, Control remoto por infrarrojos,
Ampliable con Bluetooth, y Comunicación serie UART Full-duplex en sus
actuadores inteligentes.
45
Cómo el sistema modular robótico Bioloid, el sistema de actuadores
servocontroladores en serie proporciona valiosa retoalimentación de información
de velocidad, posición y torque. Cada actuador se puede programar con los
límites de estas variables, y los algoritmos de control PID son totalmente
configurables.
Con un simple comando, los actuadores se pueden conmutar entre control
angular (servo) al modo de rotación continua (motor DC), permitiendo ensamblar
articulaciones y ruedas con los mismos módulos actuadores. Cada actuador
incorpora dos puertos digitales de salida TTL y un puerto analógico de entrada, de
0-5V, por lo tanto los usuarios avanzados pueden ampliar sus capacidades y
crear aplicaciones robóticas más complejas. Existen distintas variedades de
módulos actuadores wCK.
Fig. 12 Actuadores wCK servocontrolados en serie
Un controlador PID es un sistema de control que mediante un actuador, es capaz
de mantener una posición del eje del motor, con independencia de su carga y de
forma optimizada, en un punto deseado dentro del rango de medición del sensor
46
(potenciómetro) que la mide. Es uno de los métodos de control más frecuentes y
precisos dentro de la regulación automática industrial. RoboBuilder es el primer kit
de robótica no industrial con controladores PID en cada actuador wCK.
Fig. 13 Control PID (Proporcional Integral Derivativo)
3.2.3.3 Contenido
• 8 x actuadores (servos) wCK-1108K (8 Kg/cm)
• 1 x Cabeza (Con sensor distancia)
• 8 x piezas de estructura (4 tipos)
• 71 x juntas wCK
• 10 x cables wCK
• 1 x Alimentador de potencia
• 1 x Controlador remoto
• 1 x Destornillador
47
• 12 x actuadores (servos) wCK-1108K (8kg/cm)
• x actuadores (servos) wCK-1111K (11kg/cm)
• 1 x Cabeza (Sin sensor distancia)
• 8 x piezas de estructura (5 tipos)
• 39 x juntas wCK (12 tipos)
• 20 x cables wCK
• 1 x destornillador
RoboBuilder modular 5720T
• 1 x unidad central de control RBC (con sistema de voz)
• 12 x actuadores wCK-1108T (8kg/cm) transp. con LED
• x actuadores wCK-1111T (11kg/cm) transp. con LED
• 1 x Cabeza (Con sensor distancia PSD)
• 8 x piezas de estructura transparentes (5 tipos)
• 71 x juntas wCK (12 tipos)
• 20 x cables wCK
• 1 x destornillador
48
3.2.3.4 Programación:
Con el robot construido en menos de una hora existen múltiples herramientas muy
intuitivas y fáciles de usar de software para jugar con él: programador wCK,
Motion Builder, Action Builder, y herramienta de diagnósticos. RoboBuilder está
preparado para moverse tan pronto como está ensamblado y utilizando el
software se puede programar los movimientos de un humanoide en sólo 10
minutos.
Mediante los programas "Motion Builder" y "Action Builder" incluidos, los docentes
o usuarios pueden programar su robot tanto telecontrolado con el control remoto
como comportamientos autónomos en función de la lógica programada y los
valores de los sensores, o por comandos del control remoto incluido. Los
movimientos pueden crearse por "aprendizaje" mediante el método de "posición y
captura" donde el usuario mueve pone el robot manualmente en una postura,
registra las posiciones de los servos, y encadena una secuencia de posiciones y
transiciones para crear y completar movimientos fluidos que posteriormente serán
ejecutados.
49
La plataforma robótica flexible Bioloid de la compañía ROBOTIS es concebida de
forma modular y escalable para construir de forma guiada 26 robots distintos o las
propias creaciones robóticas, utilizando más de 30 servos Dynamixel y sensores
modulares todos conectados mediante un bus serie a un único controlador.
Bioloid permite diseñar robots a medida y construirlos y programarlos sin
complicaciones, y es ideal para competición, educación, hobby e investigación.
Fig. 15 Robot Bioloid
Fig. 16 Módulo controlador CM-5
El módulo controlador CM-5, es el cerebro de la plataforma Bioloid y está basado
en el microcontrolador Atmel ATMega128. Contiene la batería recargable. La
placa controladora viene encajada en una cápsula con leds y botones que
permiten activar manualmente operaciones y monitorizar con los leds los distintos
estados del robot.
El CM-5 de Bioloid viene con el firmware preinstalado que permite la
interoperación con el software para PC proporcionado en el kit (Motion Editor y
Behaviour Control), y comunicarse con el PC mediante el cable serie
proporcionado para cargar en el CM-5 los programas que controlan el robot.
Fig. 17 Comunicación PC – módulo CM-5
51
El módulo controlador CM-5 tiene la capacidad de comunicarse inalámbricamente
con el CM-5 de otro robot, o con el PC, mediante los módulos inalámbricos de
Bioloid Zig-100 que se conectan al controlador CM-5.
La red en bus serie de la arquitectura Bioloid se utiliza para conectar los
actuadores (AX-12+) y los sensores (AX-S1) al controlador CM-5, y cada uno de
ellos tiene distintos identificadores de red únicos grabados en su memoria no
volátil.
Actuadores profesionales Dynamixel AX-12+
Fig. 19 Actuador AX-12+
Cada actuador Dynamixel AX-12+ permite la rotación continua, y tiene un
microcontrolador que entiende 50 comandos, la mayoría de los cuales fijan o leen
parámetros que definen su comportamiento. El típico servo de radiocontrol de
Hobby sólo entiende la órden "ángulo objetivo" (dada por una señal PWM), pero
los actuadores Dynamixel te permiten utilizarlos como un actuador profesional con
52
sensores: el software que se ejecuta en el CM-5 puede reaccionar al entorno
utilizando la información leída de los sensores del AX-12+. Esta información leída
puede ser la posición actual, la corriente consumida, o la variación de la
temperatura del servo con la carga aplicada en el mismo, lo que permite control
retroalimentado sofisticado controlando el par que soporta cada articulación del
robot. Esto tiene aplicaciones por ejemplo en los robots bípedos, ya que sin
necesidad de inclinómetros o acelerómetros, se pueden conseguir efectos de
equilibrio.
53
Robots de nivel básico (de 1 a 4 servos)
Fig. 21 Kit Básico Robot Bioloid
El Bioloid Beginner Kit es la primera plataforma robótica de su clase en ser
construida con tecnología inteligente servo-controlada en serie que permite
retroalimentación y control sensorial de posición, velocidad, temperatura, corriente
y tensión de cada servo-motor.
Dispone de un total de 4 servomotores Dynamixel AX-12, sensores de proximidad
y luminosidad hacia delante y hacia los lados, un micrófono y un pequeño altavoz.
Bioloid Beginner Kit permite al usuario principiante construir y configurar de forma
guiada siguiendo el manual de construcción impreso suministrado hasta 14
configuraciones robóticas distintas, cada una de ellas con sus programas de
control de ejemplo.
Elementos del kit:
ATMega128
• Batería recargable (9,6V 2,3Ah NiMH)
• Alimentador de potencia.
• Cable serie RS-232 de 9 pins
• CD-ROM con Software, vídeos, manuales, etc.
• Quick Start en inglés con instrucciones de montaje (100 páginas impresas)
• Guía de usuario de programación de Bioloid (125 páginas impresas)
Robots de nivel intermedio (de 5 a 8 servos)
55
Fig. 23 Kit intermedio (Comprehensive) Robot Bioloid
Bioloid Comprehensive es el kit de la plataforma robótica modular Bioloid
adecuado para construir robots avanzados de hasta 18 grados de libertad como
los humanoides. Se trata del kit educacional, de entretenimiento y de hobby más
completo y competitivo del mercado, adecuado para aprendizaje, hobby,
investigación y competición.
• 1 x CM-5 (módulo controlador basado en el Atmel ATMega128 a 16 MHz)
• 18 x AX-12 (Servomotores Dynamixel controlados en serie)
• 1 x AX-S1 (módulo sensor del robot)
• Más de 100 piezas mecánicas, ruedas, pneumaticos para el ensamblaje
con los servos (Comprehensive Frame Set)
• 1 x Puertos de conexión serie
• Batería recargable (9,6V, 2,3Ah, NiMH)
• Alimentador de potencia
• CD-ROM con Software de programación, vídeos, manuales, etc.
• Tornillería, tuercas, espaciadores
• Manuales impresos en inglés con instrucciones de montaje y guia de
usuario
56
Robots de nivel avanzado (de 9 a 18 servos)
Bioloid Expert es el kit de la plataforma robótica modular Bioloid mas completo y
es la opción adecuada para la enseñanza de robótica en las universidades y
centros de investigación. A diferencia del Bioloid Beginnner Kit y del Bioloid
Comprehensive Kit, el Expert kit incluye distintas formas de comunicación
inalámbrica, captura, transmisión y procesado digital de imagen para su
reconocimiento (para dotar de visión artificial a los robots), y incluye un entorno de
desarrollo para PC en lenguaje C.
• 1 x set cámara inalámbrica
• 2 x Controlador CM-5
• 3 x Módulos de sensores AX-S1
• 2 x Frame set
• 1 x USB2Dynamixel
• CD con Software adicional
Con el kit vienen dos utilidades de software freeware:
1. Editor de movimientos (Motion Editor): Interfaz gráfica que te permitirá crear tus
propias secuencias de movimientos para tu robot.
57
Permite crear secuencias únicas y complejas para el robot compuesto de diversos
servomotores a través de renderización CAD. El usuario puede crear y editar
secuencias de movimientos complejos sin conocer lenguajes de programación,
simplemente moviendo manualmente las articulaciones del robot, y registrando
cada posición deseada (programación por aprendizaje). El usuario puede
conectar distintas secuencias editadas, o repetirlas a conveniencia.
Fig. 24 Motion Editor
2. Programador del comportamiento (Behaviour Control Program): Interfaz gráfica
que permite crear la lógica de secuencia de eventos y movimientos para el robot
(su inteligencia).
Un robot es una máquina que puede comportarse de distintos modos en función
de la situación en que se enfrente. Por tanto debe existir un programa que le diga
al robot cómo comportarse en cada situación. Este programa es el "Programador
del comportamiento" o "Behaviour control program".
58
Se trata de una serie de reglas que definen que acción debe desarrollar el robot
en cada posible estado dado. La serie de comandos permite interrogar a toda la
funcionalidad de los servomotores AX-12, los sensores AX-S1, y el controlador
CM-5. La funcionalidad accesible dentro del controlador CM-5 incluye ejecutar
secuencias de movimientos, testear sus botones externos, o leer el timer interno
del CM-5.
Los comandos disponibles incluyen condiciones (IF, ELSE IF, ELSE, CONT IF),
operaciones condicionales (=, >, and > =, <, and < = =), programación de
secuencias de comandos (JUMP & CALL/RETURN), cálculos numéricos
(COMPUTE), y asignación de valores (LOAD). Para mayor claridad se pueden
etiquetar las líneas de programa (LABEL).
Otra característica del Programador del comportamiento es la capacidad de
debuggar y monitorizar las variables en la pantalla del PC mientras el programa
se está ejecutando, posibilitando calibrar los sensores AX-S1 de forma muy
simple.
59
298.264 a 801.422,4 $
luz, direccionales
SOFTWARE APLICACIONES
o trabajo colaborativo en el plano
Robot Mindstorms NXT Precio : 359 a 570 €
931.102,4 a 1.478.352 $
ultrasonido
propio: NXT-G 2.0
software propio: LEDO Digital Designer
Gran variedad de diseños
estructurados o por diseñar,
posibilidades ilimitadas tales como
imágenes mediante trazos, robots
en interpretación y escritura.
18 Los precios en pesos colombianos son tomados con la siguiente tasa de cambio 1 euro =2593,6 CO$
60
842.920 a 1.802.552 $
PROCESADOR SENSORES
Unidad central de control RBC De distancia, de sonido, infrarrojo, de
control de movimiento mediante PID
propio: Motion builder, Action Builder y
Programador wCK
(humanoide), DINO (dinosaurio) y
DOGY (mascota), tiene ilimitadas
Robot BIOLOID Precio : 299 a 775 €
775.486,4 a 2.010.040$
volatje empaquetados en el sensor
Dynamixel AX-S1
Control Program
exploradores, perros cuadrúpedos,
18 grados de libertad, así como las
ilimitadas propias creaciones
EDUCACION
hagas siempre lo mismo”
Albert Einstein
4.1 FUNDAMENTACIÓN
Luego de cinco años de procesos educativos en los cuales he podido desarrollar
elementos novedosos para la enseñanza en la educación media y vocacional a
través de elementos concretos, software interactivo y didácticas novedosas, he
confirmado y sustentando gracias a las ejes temáticos indicados en el primer
capítulo de esta monografía, que para adquirir un aprendizaje significativo se
debe sustentar en elementos como la motivación, el desarrollo e interacción con
el material.
Al analizar las propuestas de la Robótica educativa la población académica está
preparada para trabajar con ella, de hecho se adelantan iniciativas actualmente
en Medellín (Escuela del Maestro), Cundinamarca (Red de Matemáticas), Caldas
(Escuela Virtual), Armenia y Guainía, con experiencias exitosas en grupos de
estudio de robótica; en todos estos grupos se ha notado algo concreto, la
motivación parte no del aprendizaje de temáticas particulares y propias dentro del
currículo, sino que son motivados por la idea de construir un robot que se mueva,
siga, recoja o cumpla funciones indicadas por sus creadores.
Pero al acercarnos a los estudiantes con contenidos propios desde los estándares
y lineamientos curriculares, vemos que la robótica educativa queda corta frente a
62
estos requerimientos; es allí donde la robótica en educación muestra su aún muy
oculta propuesta.
Mostraremos acá algunos ejemplos particulares de cómo aplicar la robótica en
educación en la básica y media vocacional y centrando en una nueva propuesta
para estudiantes de ingeniería electrónica que deseen proyectarse por este
campo de la diada colegio-universidad.
4.2 ROBÓTICA EN EDUCACIÓN CENTRADA EN LA BÁSICA Y MEDIA
EMPLEANDO ROBOTS COMERCIALES (ALGUNAS PROPUESTAS)
ASIGNATURA: GEOMETRÍA GRADO SEXTO
MODELO ROBÓTICO: MOWAY
PROPUESTA DE TRABAJO:
Inicialmente de colocan en una mesa (o el suelo) del salón o laboratorio mediante
una cinta negra (cinta aislante) figuras geométricas básicas, tales como el
cuadrado, el circulo, el rectángulo, el trapecio, entre otros.
Cada estudiante (equipo de estudiantes) emplearán un robot, el cual colocarán
sobre alguna parte de la figura geométrica.
Se iniciará el movimiento del robot sobre todo el perímetro de la figura de manera
simultánea se accionará un cronómetro.
Se mantendrá accionado hasta cuando el robot regrese a su punto inicial.
EL perímetro empleando el robot se podrá calcular mediante la ecuación:
Perímetro = (Velocidad del robot)(Tiempo transcurrido en el desplazamiento)
Luego se comparará los perímetros calculados mediante las formulas
63
geométricas y se comparará con el obtenido con el robot.
Se concluye.
TEMA: SISTEMA PLANETARIO
MODELO ROBÓTICO: MOWAY
PROPUESTA DE TRABAJO :
De manera previa el docente diseñará sobre una superficie y utilizando cinta
negra (cinta aislante) las órbitas de los sistemas solares.
Empleando icopor (la mitad) se diseñarán los planetas y demás objetos celestes
que se deseen analizar.
Utilizando las propiedades que tienen los robots Moway frente al trabajo
colaborativo, se programarán según las características de cada objeto celeste.
Los estudiantes inicialmente colocarán los objetos celestes en las orbitas que
ellos consideren deben estar; se socializa los resultados obtenidos y se mejoran
los objetos que estén mal ubicados si es del caso; luego se procederá a accionar
los robots e identificar sus movimientos, sus distancias, y se generan preguntas
frente a porque no se dan colisiones cuando las orbitas son cerradas y que
ocurre con los objetos de orbitas abiertas.
ASIGNATURA: ARTE GRADO DECIMO
PROPUESTA DE TRABAJO:
Se programará el robot para que dada una imagen que el profesor tendrá
64
almacenada en el computador sobre obras del renacimiento (la Mona Lisa, la
Venus, entre otras) traten de identificar cual es el autor y luego sobre la sombra
que diseña el NXT empleen una técnica como puntillismo, sombra, etc. sobre él.
Esto implementación permite que el estudiante relacione imágenes con autores
mediante implementaciones gráficas en tiempo real; genera mayor recordación al
construirse en el tiempo.
Además con los resultados (las imágenes realizadas por el NXT) se podrán
aplicar sobre las obras “originales” teniendo en cuenta alguna técnica que se
desee trabajar en particular.
TEMA: ARTRÓPODOS
GUÍA DE TRABAJO:
Los artrópodos se caracterizan porque tiene su cuerpo y sus patas articuladas, es
decir, piezas que se mueven. Los grupos más importantes son los insectos, los
arácnidos, los crustáceos, entre otros.
Al implementar los robots NXT o Bioloid se podrán identificar el concepto de
elementos articulados, además se podrá analizar las dificultades que puede
poseer este sistema en los animales y cuales ventajas posee.
Esta práctica está basada en la observación de los diferentes artrópodos que se
pueden construir empleando los NXT y los BIOLOID.
65
GUÍA DE TRABAJO:
Se diagramará en el piso de un salón amplio unas pocas calles y carreteras, con
sus respectivas aceras.
Se usaran los robobuilder como “humanos” y los Mindstorms como medios de
transporte (carros, camiones, buses, etc.) Se identificará por parte de los
estudiantes cual es el sentido de una calle, cual es el de una carrera, cual tiene
prelación sobre cual, la relación entre calles y carreras y puntos cardinales.
Luego se analizará como debe ser el comportamiento de un peatón frente a un
cruce, donde se tendrá habilitados los sensores para verificar que no haya
medios de transporte y se pueda cruzar de manera adecuada, y la otra opción es
deshabilitar los sensores y así permitir colisiones.
4.3 PROPUESTA DE OPERADORES ROBÓTICOS (OPEROB)
Los Operadores Robóticos (OPEROB) es una propuesta para el área de física,
como elementos de aplicación en el desarrollo de la cinemática en los
laboratorios.
Los OPEROB aplicados al área de la Física pueden permitir la interacción de los
estudiantes mediante el desarrollo de las tradicionales guía, la inclusión de
nuevos procesos o el mejoramiento de ellos, permitiendo más exactitud y
precisión en los cálculos.
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MUR)
Movimiento Parabólico
Caída libre
Riel con medidas
Conexión PC
Brazo movible
infrarrojo
67
En las figuras 27 a 32, se puede observar las diferentes configuraciones que
presenta el OPEROB. En la Fig. 27 podemos observar la configuración del
OPEROB para Fricción, se podría variar esta configuración empleando en el
extremo una polea.
La UMA permitirá controlar el ángulo, para así variar la inclinación del brazo; la
UMA estará diseñada con un motor paso a paso controlado por medio alambríco
al PC.
El software de control se puede trabajar de manera sencilla usando el Labview19;
pero este aplicación requeriría en las instituciones donde se use el OPEROB del
licenciamiento respectivo; por lo tanto se sugiere realizar el programa de forma
ejecutable, y así darle mas economía al proyecto.
Fig. 27 OPEROB Fricción 19
LabVIEW es un entorno de programación gráfica usado por miles de ingenierios e investigadores para
desarrollar sistemas sofisticados de medida, pruebas y control usando íconos gráficos e intuitivos y cables
que parecen un diagrama de flujo.
UMA
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Fig. 29 MRUA sin Vo
En la Fig. 28 y 29 podemos observar el OPEROB en la configuración para trabajar
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA) sin y con Velocidad
inicial Vo, respectivamente.
Al dar la orden por medio del PC el Lanzador/Retenedor actuará según su
aplicación, es decir, si deseo trabajar sin Vo, el trabajará como Retenedor; y al dar
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la indicación soltará la bola y activará en el PC el cronómetro, el cual se detendrá
al cruzar la bola por el sensor infrarrojo al final; esto calculará el tiempo, y
podremos ingresar la distancia, ya que tiene el brazo unas guías.
Se podría modificar la posición del sensor con el fin de cambiar las condiciones de
distancia del problema. Si deseara analizar este movimiento pero con Vo, ya la
función sería de Lanzador, pero el procedimiento sería el mismo.
Fig. 30 OPEROB MRU
Fig. 31 OPEROB Movimiento Parabólico
En los casos de Movimiento Rectilíneo Uniforme (MUR) y Movimiento Parabólico,
figuras 30 y 31, respectivamente; el OPEROB funciona completamente recto; aquí
el lanzador podrá variar su ángulo para observar los diferentes tiros (movimientos)
parabólicos; aunque en las figuras no se muestra podría configurarse el OPEROB
para que realizará movimientos semiparabólicos.
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Fig. 32 OPEROB Caída Libre
Por último observamos la caída libre (Fig. 32) donde el dispositivo retenedor
cumplirá las mismas condiciones y características que en el MRUA sin Vo.
Este prototipo puede cumplir otras funciones temáticas y podría emplearse de
otras formas. Dejo al lector o al futuro diseñador esta nuevas aplicaciones.
71
5. CONCLUSIONES
La Robótica en Educación es una propuesta novedosa, interesante y de posible
uso en el ámbito de la educación básica y media; a diferencia de la robótica
educativa la cual hace uso de los robots como procesos de aprendizaje pero
relacionados no necesariamente a los planes curriculares colombianos; la
Robótica en Educación busca emplear Robots como medio de aprendizaje y no
como el aprendizaje por sí mismo.
Los robots permiten un aprendizaje profundo en línea de los objetivos educativos
enmarcados por la constitución colombiana y de obtener resultados distintos a las
técnicas y metodologías tradicionalistas; lo que busca este mediador (término
empleado en educación) o este robot según las palabras de Ausubel es un
“aprendizaje significativo”.
La Robótica en Educación requiere por parte del docente o acompañante de aula,
a ser muy ingenioso, emplear diversos recursos y conocer la programación de los
Robots, lo cual por fortuna son ambientes de desarrollo totalmente gráfica y sin la
complejidad de lenguajes de programación o extensos códigos.
Al encuestar a estudiantes del Colegio Nuestra Señora de la Providencia y
socializar con 26 maestros participantes en la especialización en Didáctica de las
Ciencias con énfasis en Matemáticas y Física de la UPB, se logró concluir que la
mayor dificultad para desarrollar este proyecto está basado en lo costoso de los
elementos (Robots y recursos necesarios).
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mauricio quiroga - la rob tica en educaci n: una

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