ROBOTICA EN LA EDUCACION

Educación Por Medio De La Robótica

Escrito por Equipo RoboticaID

Dentro de los desarrollos pedagógicos que ha alcanzado la empresa RoboticaID Ltda en los últimos 4 años, queremos destacar la gran labor que se ha desempeñado en el tema de formación para las personas en la robótica educativa y como esta ha influenciado en temas de pedagógicos y didácticos de la realidad educativa del país. El tema de la falta de competitividad en la producción colombiana, nos ha inducido a generar una metodología de trabajo en donde se incluyan temas de áreas relacionadas con tecnología como lo son electrónica, mecánica y programación, pero que pueda ser instruidas a personas con pocos conocimientos de una forma tan lúdica, como si se tratara de un juego ir a las clases y no una imposición, como normalmente sucede con los espacios académicos formales. Lo anterior nos ha llevado ha desarrollar una nueva forma de enseñar tecnología e informática y es la del uso de robots, máquinas automáticas y proyectos tecnológicos como pretexto, para formar nuevos profesionales en el temas de innovación pedagógica y productos de ingeniería. Además de lo anterior hemos logrado fusionar los materiales de fácil consecución y reciclados a la robótica, desmitificando que es costosa, llevándola a un espacio educativo en donde cualquier persona sin importar el estrato socio – económico al que pertenezca, puedan acceder a este tipo de talleres. Contamos con diferentes talleres donde los estudiantes (niños, jóvenes, adultos y profesores) construyen diferentes tipos de robots con material de muy bajo costo, en algunos casos reciclados, permitiendo que ellos se lleven el prototipo construido al final. Todos nuestros prototipos son autónomos con formas diferentes (ratones, vehículos, hexápodos, etc.) y tienen cierto grado de inteligencia (tarjeta con componentes electrónicos) incluidos los motores y sensores para hacerlo reaccionar al entorno físico. Algunos de los logros pedagógicos de esta metodología educativa son los siguientes: - Aprender jugando: La metodología de trabajo diseñada por RoboticaID Ltda, permite enseñar ciencia y tecnología de una forma práctica y divertida, ya que a medida que aprenden un concepto, ellos cuentan con material didáctico con el cual pueden estudiar los temas de forma práctica; tomando en cuenta que cada contenido esta relacionado con el robot final. Así el aprendizaje se vuelve un “rompecabezas”, en donde solo recordando como 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. En RoboticaID Ltda hemos trabajado para que esto no suceda y se corrija esa falta de tolerancia. - 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 pueda tener el grupo frente a un problema cotidiano. De esta manera cada participante tomará un rol específico, siendo por ejemplo uno el líder, otro el orador y otro el diseñador, siendo este modelo, uno de los miles de casos que podríamos tener. 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 de el radio de la rueda conductora y de la rueda conducida, junto con la velocidad angular de las mismas. Este es solo un ejemplo de que con una simple rueda de fricción se pueden enseñar temas interesantes de una forma divertida, dándole movimiento a la rueda de fricción por medio de un motor DC. - Ampliación de los conocimientos acerca de tecnología: Normalmente en las instituciones educativas colombianas las materias tecnología e informática se enfocan en el manejo de software para oficina; el word, excel, power point, access entre otros, son el pan de cada día de los estudiantes. Hemos logrado mostrar a los participantes que la tecnología es más que esto y que 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 (nos consta), 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. Desarrollo de competencias en seguridad industrial: En muchas oportunidades ocurren accidentes en nuestros entornos normales (casa, trabajo o estudio), por que 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: Nosotros hemos logrado que esto se mejore teniendo claro que la seguridad del ser humano es lo más importante. - 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 se ven en cada uno de los talleres, que tienen concordancia con el final de cada uno de los talleres, 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.

EL SERVOMOTOR

Un servomotor (o servo) es un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ser
controlado en posición. Es capaz de ubicarse en cualquier posición dentro de un rango de
operación (generalmente de 180º) y mantenerse estable en dicha posición. Los servos se
suelen utilizar en robótica, automática y modelismo (vehículos por radio-control, RC)
debido a su gran precisión en el posicionamiento.

TIPOS DE SERVOMOTORES

Hay tres tipos de servomotores:

-Servomotores de CC

-Servomotores de AC

-Servomotores de imanes permanentes o Brushless.

PARTES DE UN SERVOMOTOR

Figura 2: "Estructura típica"

• Motor de corriente continua

Es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje aplicado sus dos terminales es inverso, el sentido de giro también se invierte.

• Engranajes reductores

Se encargan de convertir gran parte de la velocidad de giro del motor de corriente continua en torque.

• Circuito de control

Este circuito es el encargado del control de la posición del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los pulsos recibidos.

Figura 3: "Circuito de control"

Tiene además de los circuitos de control un potenciómetro conectado al eje central del motor. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es correcto, el motor volverá a la dirección correcta, hasta llegar al ángulo que es correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante.

Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del fabricante.

Los servomotores tienen 3 terminales:

• Terminal positivo: Recibe la alimentación del motor (4 a 8 voltios)
• Terminal negativo: Referencia tierra del motor (0 voltios)
• Entrada de señal: Recibe la señal de control del motor

Los colores del cable de cada terminal varían con cada fabricante: el cable del terminal positivo siempre es rojo; el del terminal negativo puede ser marrón o negro; y el del terminal de entrada de señal suele ser de color blanco, naranja o amarillo.

Figura 4: " Conexión externa del servo"

FUNCIONAMIENTO DEL SERVO

La modilación por anchura de pulso, PWM (Pulse Width Modulation), es una de los sistemas más empleados para el control de servos. Este sistema consiste en generar una onda cuadrada en la que se varía el tiempo que el pulso está a nivel alto, manteniendo el mismo período (normalmente), con el objetivo de modificar la posición del servo según se desee.

Figura 5: "PWM para recorrer todo el rango de operación del servo"

El sistema de control de un servo se limita a indicar en que posición se debe situar. Esto se lleva a cabo mediante una serie de pulsos tal que la duración del pulso indica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes de operación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo y mínimo que el servo entiende. Los valores más generales se corresponden con pulsos de entre 1 ms y 2 ms de anchura, que dejarían al motor en ambos extremos (0º y 180º). El valor 1.5 ms indicaría la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores del pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los recomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 ms o mayores de 2 ms, pudiéndose conseguir ángulos mayores de 180°. Si se sobrepasan los limites de movimiento del servo, éste comenzará a emitir un zumbido, indicando que se debe cambiar la longitud del pulso. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos constructivos.

Figura 6: "Ejemplos de posicionamiento de un servo"

El período entre pulso y pulso (tiempo de OFF) no es crítico, e incluso puede ser distinto entre uno y otro pulso. Se suelen emplear valores ~ 20 ms (entre 10 ms y 30 ms). Si el intervalo entre pulso y pulso es inferior al mínimo, puede interferir con la temporización interna del servo, causando un zumbido, y la vibración del eje de salida. Si es mayor que el máximo, entonces el servo pasará a estado dormido entre pulsos. Esto provoca que se mueva con intervalos pequeños.

Figura 7: "Periodos entre pulsos"

A continuación se puede observar la posición del eje de un servomotor según la anchura del pulso aplicada:

Figura 8: "Otra posibilidad de pulsos de control"