Desarrollo de la asignatura de Taller de Sistemas Roboticos en Panamá, Meduca

1. UNIVERSIDAD DE PANAMÁ
FACULTAD DE INFORMÁTICA, ELECTRÓNICA Y COMUNICACIÓN
ESCUELA DE INGENIERIA EN INFORMÁTICA
LIC. EN INFORMÁTICA APLIC. A LA ENSEÑANZA E IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍAS
PRESENTADO POR:
Ricardo Joel Robinson Gonzalez
3-736-747
ASIGNACIÓN
Desarrollo de Contenido de la
Asignatura Taller de sistemas robóticos
ASIGNATURA
Didáctica de la Informática y Elaboración de Materiales para el Aprendizaje
Facilitadora
Ing. Fiorentina Molina
Año Académico
I Semestre, 4 Año
Año Electivo
2017

2. TALLER DE SISTEMAS ROBÓTICOS
DESCRIPCIÓN:
La asignatura de Taller de Sistemas Robóticos, se imparte en duodécimo (XII) grado del plan
de estudio del bachillerato en Tecnología en Informática.
La robótica hoy en día representa uno de los más grandes logros del ser humano, es un intento
de crear vida artificial a partir de circuitos y cables. Es un sueño en donde algún día estas máquinas
harán algo mejor de este mundo y facilitaran la vida de los humanos.
El curso comienza, con la historia, concepto de robótica y robots, importancia y aplicación de la
robótica en diversas áreas. Por el mismo camino nos introducimos a los Sensores y actuadores, se
explica las funciones y aplicaciones de los elementos de E/S de los dispositivos robóticos; Además se
realizara la Construcción de dispositivos robóticos donde se explica y se lleva a la práctica la
confección de diversos modelos de robots, tomando en cuenta los componentes principales para su
adecuado diseño y presentación. Para finalizar trataremos la Programación de sistemas robóticos,
donde se manejará la lógica algorítmica, donde se hace indispensable la intervención del diseño del
robot, el software para programar las actividades a realizar, de forma tal que obtengamos un robots
útil, capaz de realizar tareas previamente programadas.
OBJETIVOS GENERALES:
 Comprender conceptualmente lo que es la robótica y su diferencia con los robots, la
aplicación que tiene en este mundo avanzado, la función de los elementos como sensores
y actuadores, valorando su importancia y su aplicación en actividades diarias del ser
humano.
 Construir diversos modelos de robots, tomando en consideración la adecuada disposición
de las piezas del modelo para su efectiva funcionalidad.
 Programar los modelos de robots, con la lógica apropiada de forma tal que realicen tareas
de acuerdo a su diseño y finalidad, interiorizando la gran importancia de hacer un buen
desarrollo lógico para su efectiva ejecución funcional.

3. CONTENIDO:
El curso inicia en su Módulo I: Introducción a la Robótica y Robots.
0.1. Historia.
1.1.1. Surgimiento de la robótica y robots
1.1.2. Leyes de la robótica
0.2. Concepto de robótica y robots
0.2.1. ¿Qué es robótica?
0.2.2. ¿Qué es robots?
0.2.3. Conceptos Básicos
0.3. Clasificación de la robótica.
0.3.1. Cronología
0.3.2. Arquitectura
0.3.3. Aplicación
0.4. Actividades
En el Módulo II: Sensores y Actuadores.
2.1. Sensores
2.1.1. Definición de Sensores
2.1.2. Sensores conocidos
2.2. Actuadores
2.1.1. Definición de Actuadores
2.1.2. Actuadores conocidos
2.3. Actividades
En el Módulo III, conocido como Construcción y Control de dispositivos robóticos.
3.1. Software para el control de robots
3.1.1. Instalación de software RoboPro
3.1.2. Conociendo la interfaz
3.2. Desarrollo lógico aplicado a los dispositivos robóticos
3.2.1. Algoritmos robóticos
3.2.2. Programación de dispositivos robóticos
3.2.3. Subprogramas para dispositivos robóticos.
3.3. Actividades

4. Contenido
Módulo I: Introducción a la Robótica y Robots
1.1.Historia.
1.1.1.Surgimiento de la robótica y robots
La historia de la robótica va unida a la construcción de "artefactos" que trataban de
materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que al mismo tiempo lo
descargasen de trabajos tediosos. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que
construyó el primer mando a distancia para su automóvil mediante telegrafía sin hilo el
ajedrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingenios), acuñó el
término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente
asociadas.
Karel Čapek, un escritor checo, acuñó en 1923 el término "Robot" en su obra
dramática Rossum's Universal Robots / R.U.R., a partir de la palabra checa
robota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El término robótica es
acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los robots.
Asimov creó también las Tres Leyes de la Robótica. En la ciencia ficción el
hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos, haciéndose con el
poder o, simplemente aliviando de las labores caseras.
1.1.2.Leyes de la robótica
En la ciencia ficción las tres leyes de la robótica son un conjunto de
normas escritas por Isaac Asimov, que la mayoría de los robots de
sus novelas y cuentos están diseñados para cumplir. En ese
universo, las leyes son "formulaciones matemáticas impresas en los
senderos positrónicos del cerebro" de los robots (líneas de código
del programa que regula el cumplimiento de las leyes guardado en
la memoria principal del mismo). Aparecidas por primera vez en el
relato «Runaround» (1942), establecen lo siguiente:
Las tres leyes de la robótica
1. Un robot no hará daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano
sufra daño.
2. Un robot debe hacer o realizar las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si
estas órdenes entrasen en conflicto con la 1ª Ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no
entre en conflicto con la 1ª o la 2ª Ley.1
Ley Cero
0. Un robot no hará daño a la Humanidad o, por inacción, permitir que la Humanidad
sufra daño.
Issac Asimov
Karel Čapek

5. 1.2. Concepto de robótica y robots
1.2.1. ¿Qué es robótica?
La robótica se puede definir como:
 Ciencia encaminada a diseñar y construir aparatos y sistemas capaces de realizar
tareas propias de un ser humano.
 Rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación,
disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.
Definición técnica seria:
 Rama de la ingeniería mecatrónica, ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica y
ciencias de la computación que se ocupa del diseño, construcción, operación,
disposición estructural, manufactura, control y aplicación de los robots.
1.2.2. ¿Qué es robots?
El robot se puede definir como:
 Máquina que puede controlarse para que interactúe con objetos y lograr que
imite, en cierta forma, el comportamiento humano o animal.
 Máquina virtual o agente virtual encaminado a obedecer ordenas dadas por un
controlador ya sea una computadora o cualquier dispositivo.
1.2.3. Conceptos Básicos
Inteligencia Artificial:
 Máquina que imita las funciones "cognitivas" que los humanos
asocian con otras mentes humanas, como por ejemplo: "aprender" y
"resolver problemas".
Autómata se puede definir como:
 Máquina que imita la figura y los movimientos de un ser
animado, es un equivalente tecnológico en la actualidad; serían los
robots autónomos.
Mecatrónica se puede definir como:
 Es una disciplina que une la ingeniería mecánica, ingeniería
electrónica, ingeniería de control e ingeniería informática, y sirve para
diseñar y desarrollar productos que involucren sistemas de control para el
diseño de productos o procesos inteligentes.

6. 1.3. Clasificación de la robótica y robots.
Los robots se clasifican según: cronología, arquitectura, aplicación, lenguaje de programación,
nivel de inteligencia, nivel de control, de ejecución entre otros.
1.3.1. Cronología
Cronología
I Generación: Manipuladores
Desde los años ‘50
Los robots no se percatan de su entorno, adquieren
información muy limitada o nula de él y en consecuencia a
ésta actúan.
II Generación: Robots de Aprendizaje
Hasta los años ‘80
Los robots cuentan con un sistema de retroalimentación que
les permite obtener más datos de su entorno y guardarlos en
algún medio de almacenamiento junto con las instrucciones.
III Generación: Robots con Control
Sensorizado
Durante los años ’80 y ´90
Los robots se vuelven reprogramables, usan controladores
o computadoras para analizar la información captada de su
entorno mediante sensores y aparecen los lenguajes de
programación.
IV Generación: Robots Inteligentes Mejores sistemas sensoriales, mejores estrategiasde control
y análisis de información; capaces de comprender su
entorno y actuar en tiempo real.
V Generación y Más Allá La siguiente generación será una nueva tecnología que
incorporara 100% inteligencia artificial
Esta etapa depende de la nueva generación de jóvenes
interesados en robótica.
1.3.2. Arquitectura
Arquitectura
Androides Se pareceny actúancomo si fueransereshumanos. Este tipo
de robots no existen en la realidad,sino que son elementos
ficticios.
Móviles Estos robots cuentan con sistemas de sensores, orugas,
ruedas o patas que les permiten desplazarse de acuerdo a la
programación a la que fueron sometidos. Utilizados en:
instalaciones industriales y en investigar zonas muy
distantes o difíciles de acceder
Poliarticulados (sedentarios) Diseñados para mover sus terminales con limitada libertad
y de acuerdo a ciertos sistemas de coordenadas.Idealespara
abarcar una amplia zona de trabajo.
Zoomórficos La locomoción de estos robots imita a la de distintos
animales. Se dividen en: caminadores y no caminadores
1.3.3. Aplicación
Aplicación
Médicos Bajo esta categoría se incluyen las prótesis para
disminuidos físicos, las cuales cuentan con sistemas de
mando y adaptación al cuerpo; realizando sus funciones y
movimientos. También, existen los robots médicos
destinados a la realización de intervenciones quirúrgicas
Industriales Incluye está categoría los electrónicoso mecánicos usados
en los procesos de manipulación o fabricación automáticos.
Además, aquellos electrodomésticos que realizan
simultáneamente distintas operaciones

7. 1.4. Actividades
1.4.1. Investigue las biografías de los precursores de la robótica: Isaac Asimov, Karel Čapek y
Leonardo Torres Quevedo
1.4.2. Redacte un informe de 2 páginas referente a las leyes de la robótica. Pensando… - -----
-¿Qué pasaría si no existirá estas leyes?
-¿Usted piensa que estas leyes son importantes?
-¿Por qué cree usted que estas leyes fueron creadas?
1.4.3. Confeccione un cuadro comparativo sobre sus diferencias conceptual y ejemplificativo
de la robótica y los robots.
1.4.4. Diseñe una presentación PPT animada sobre 2 áreas de la aplicación de los robots.
1.4.5. Elabore un informe de 2 páginas después de observar los siguientes videos:
- https://www.youtube.com/watch?v=qnnNLk9Bwh0
- https://www.youtube.com/watch?v=xzRegx2PF78
1.4.6. En un espacio de 2 horas podrá observar está película llamada Yo Robot donde se
habla sobre el origen de la robótica, robots; Además sobre Isaac Asimov y las leyes de la
robótica. https://www.youtube.com/watch?v=60cNIIwg8r0

8. Módulo II: Sensores y Actuadores
2.1. Sensores
2.1.1. Definición de Sensores
Los sensores no ejecutan ninguna acción, sino reaccionan a determinadas situaciones y
sucesos. Un pulsador reacciona por ejemplo a la "presión de un botón", dejando pasar o
interrumpiendo una corriente eléctrica.
2.1.2. Sensores conocidos
Fototransistor Se define el fototransistor también como
"sensor de luminosidad". Este es un "sensor", que
reacciona ante la luminosidad.
Sensor de pista El sensor de pista infrarrojo es un sensor
infrarrojo digital para reconocimiento de una pista negra
sobre un sustrato blanco a una distancia de 5 - 30 mm.
Pulsador El pulsadortambiénse llamasensorde contacto.
Al accionar el botón rojo se conmuta mecánicamente al
flujo corriente entre los contactos
Como "cierre":
Se conectan los contactos 1 y 3.
Pulsador oprimido: fluye corriente.
Pulsador no oprimido: no fluye ninguna corriente
Como "ruptor":
Se conectan los contactos 1 y 2.
Pulsador oprimido: no fluye ninguna corriente
Pulsador no oprimido: fluye corriente.
Sensor de calor (NTC) Con este elemento se trata de un
sensorde calor,conlosquese puedenmedirtemperaturas.
FotoresistorUn sensorde luminosidadanalógicoreacciona
a la luz diurna y modifica a la vez su valor de resistencia.
Esta es un indicador para la luminosidad de la luz.
Sensor de distancia por ultrasonido.
Mide la distanciaentre sí mismoy un objeto.Los sensores
de distancia trabajan con luz, rayos infrarrojos, ondas
radioeléctricas, o ultrasonido y emplean diferentes
métodos de medición. El sonido de propaga como onda.

9. 2.2. Actuadores
2.1.1. Definición de Actuadores
Se denominan actuadores a todos los elementos que pueden ejecutar una acción. Esto significa,
cuando se los conecta a una corriente eléctrica, de alguna forma se tornan "activos".
2.1.2. Actuadores conocidos
Descripción Imagen
Motorescodificadores Comoaccionamientoparanuestros
robots empleamosdos motores codificadorescontenidos
en el kit de construcción. A primera vista son motores
eléctricos normales.
Motor XS El motor XS es un motor eléctrico, que es
tan largo y tan alto como un elemento
fischertechnik. Además es sumamente ligero. De este
modo lo puedes montar en lugares, en los cuales no hay
lugar para los motores grandes.
Bombilla Esta pueden ser empleadas de forma muy
versátil, por ejemplo como luces de señalización en un
semáforo, o también como luz intermitente en un robot.
Lámpara de lente En esta lámpara se ha incorporado una
lente, que reúne la luz en un haz. Presenta un aspecto
similar a una bombilla globular.
2.3. Actividades
2.3.1. Diseñe un cuadro comparativos sobre los actuadores y señores mencionando sus
diferencias.
2.3.2. Trate de dibujar los actuadores y sensores colocando una descripción valida después de
haber entendido su concepto.
2.3.3. Después de ver estos videos redacte un informe de 2 páginas sobre las funciones de los
sensores y actuadores además de su importancia para la robótica y ¿Por qué existen los
actuadores y sensores? ¿Qué pasaría si estos no existieran?:
- https://www.youtube.com/watch?v=anAkF1jNSkY
- https://www.youtube.com/watch?v=kH6wMgQCGQc

10. Módulo III: Construcción y Control de Dispositivos Robóticos.
3.1. Software para el control de robots
3.2.1. Software RoboPro
Es el software original de la firma alemana Fischertechnik, y es únicamente para
plataformas Windows viniendo una licencia por kit adquirido, aunque también puede adquirirse
una única licencia institucional para escuelas.
Seguramente te has preguntado ¿Alguna vez cómo funciona un robot? Haz llegado a pensar
que por arte de magia. No solamente con los robots propiamente dichos: en muchos otros
campos se utiliza la técnica de control y automatización.
¿Qué es RoboPro?
ROBO Pro es una superficie de programación o de control, con la que puedes crear los
programas para los Robots. "Superficie gráfica de programación" significa, que tu no necesitas
"escribir" los programas línea por línea, sino con ayuda de símbolos gráficos los puedes
componer sencillamente con imágenes.
3.2.2. Conociendo la interfaz
¿Tienes ya ganas de empezar? inicia el programa ROBO Pro. Para hacerlo, haz clic en el botón
de Inicio de la barra de tareas y a continuación elige todos los programas y ROBO Pro.
En la ventana de elementos se encuentra varios gráficos y cada uno contempla una función en
especifica:
Para ver la función de los
elementos valla a ayuda
en el menú, ayuda,
contenido, Los elementos
del programa y elementos
básicos.
BARRA DE HERRAMIENTAS
VENTANA DE ELEMENTOS

11. 3.2. Desarrollo lógico aplicado a los dispositivos robóticos
3.3.1. Algoritmos robóticos
Para programar en el software tenemos que conocer que el diagrama de flujo y cómo
funcionan.

12. Crear un nuevo programa:
En la barra de herramientas
encontrarás la opción "Nuevo". Si
haces clic sobre ella con el botón
izquierdo del ratón, verás que se
crea un nuevo programa vacío.
Inserción de los elementos del programa a un programa:
Para insertar los elementos del programa
a un nuevo programa lo que debemos hacer es
ir primeramente a el icono o grafico de inicio y
arrastrarlo con el mouse hasta donde están los
puntos gris y soltarlo después; Agregamos el
icono Salida de motor y tratamos que la flecha
de inicio se conecte con el de salida de motor
automáticamente.
También agregamos un tiempo de espera
tratando que se conecte con el elemento
anterior y como final el icono de fin.
Y así tenemos nuestro primer programa
creado para un robot, la función que ofrece este
primer programa es de Encender el robot o
motor del robot, por un segundo y finalice.
Ahora nosotros podemos editar cada uno de los elementos del programa de la siguiente manera:
Nos paramos encima del elemento y damos clic
derecho con el mouse y se mostrara un ventana
emergente donde se detalla nuevas opciones para
cambiar la imagen, la velocidad y el brillo.

13. En este caso el motor la cambiaremos a
lámpara y el brillo lo bajamos a 6 en
acción lo cambiamos a encendido y
aceptamos.
Igualmente cambiaremos el tiempo
dándole clic derecho y le ponemos 1
minuto y aceptamos.
El programa debe de quedar de la siguiente manera:
3.3.2. Programación de dispositivos robóticos
Programa 1
 En el Instituto Benigno Jiménez G. se han instalado en los baños
nuevos secadores de manos junto al lavamanos. Estos están provistos
con un pulsador, a través de la cual se puede conectar y desconectar
el ventilador. El secador de manos debe ser programado de tal
manera, que en el momento que se pulsa el botón, se conecta el
ventilador y tras 20 segundos se vuelve a desconectar. Recordar que
el secador es utilizado a cada instante.
Recordemos que el pulsador o bifurcación
digital ejecuta 2 acciones del 0 y 1 (Si y
No), el cual 0 es Sí y 1 es No. Al
presionarse el motor del secador de manos
enciende por 20 segundos luego el regresa
a el inicio, en el caso de que la persona no
presione el pulsador él se quedara en el
inicio hasta esperar que la persona
presione el pulsador. Para conectar las
flechas después del tiempo es ponernos
sobre la flecha y arrastrarla haciendo clic
en cada esquina hasta llegar a el de inicio.

14. Programa 2
 Se requiere programar el semáforo de sabanitas cuyas condiciones son las
siguientes el semáforo en principio debe estar en verde. Cuando un peatón oprime el
pulsador I1, el semáforo 3 segundos más tarde tiene que pasar a amarillo y tras 4
segundos a rojo. La fase roja debe durar 10 segundos, la fase amarillo que sigue a
continuación, 3 segundos. Entonces debe volver a estar verde. Recordar elsemáforo
solo comienza cuando se oprime el pulsador.
Aquí utilizamos lámparas para encender y apagar
las luces del semáforo cada uno con el tiempo que
especifica la descripción además usamos un
pulsador para que el semáforo comience a
funcionar permitiendo así encender y apagar las
luces del mismo.
3.3.3. Subprogramas para dispositivos robóticos.
¿Qué es subprograma?
-Secuencia de instrucciones que realiza una función particular.
-Rutinas, procedimientos o conjuntos de instrucciones que realizan
una labor específica.
-Segmento de código separado del bloque principal y que puede ser
invocado en cualquier momento del bloque principal
Beneficios de un subprograma
Los subprogramas o subrutinas nacieron de la necesidad de
no repetir innecesariamente un trabajo ya hecho. Pueden invocarse
desde el cuerpo del programa principal cuantas veces se desee.

15. Ejemplo de subprogramas:
Ejemplo 1:
Ejemplo 2:

16. Subprogramas para robots
Programa Principal:
Aquí se realiza el programa principal, este programa es para un semáforo donde el
programa principal contiene toda la función del semáforo pero tiene un llamado a un
subprograma llamado parpadeo.
Subprograma:
Este subprograma contiene el parpadeo si no se presiona el pulsador para alertar que
no está funcionando el semáforo.

17. 3.3. Actividades
3.3.1. Indague lo siguiente:
 ¿Qué es la programación orientada a objetos?
 ¿Cuáles son las técnicas de la programación orientada a objetos y defínalas?
3.3.2. Descargue e instale el software RoboPro y elabore un informe:
Software: http://www.fischertechnik.de/en/Home/downloads/computing.aspx
Tutorial: https://www.youtube.com/watch?v=0vzSG_pPIiA
3.3.3.Clasifique y Defina su función cada uno de los elementos del programa
ROBOPro.
3.3.4. Diseñe un cuadro comparativo conceptual sobre un algoritmo y subprogramas,
Además cuales son los elementos de cada uno.
3.3.5. Desarrolle el siguiente programa sin usar subprogramas:
 Programa un elevador de tal manera, que inicialmente se desplace
hacia abajo a su posición de partida. Cuando se oprime uno de ambos
pulsadores ( en la planta baja o en el primer piso) el elevador tiene que
desplazarse en cada caso a la otra planta.
 Confecciona un programa de lavado, que recién comience cuando la
puerta está cerrada y se oprime el botón de arranque. Como primero se
lava, a continuación se seca. Cuando termina tiene que encender una luz
amarrilla y cuando lava y seca debe de encender una luz blanca.

18. FUENTES BIBLIOGRAFICAS
 Euclides Samaniego G. Ingeniería de Sistemas Robóticos para Bachilleres. Editorial L&J. 2011.
 Euclides Samaniego G. Ingeniería de Sistemas Robóticos. Editorial L&J. 2009.
 Manual de Instrucciones de Construcción, incluidos en los kit.
http://www.fischertechnik.de/de/PortalData/1/Resources/didactic/documents/activity-
booklet/ROBOTXTrainingLab/es.pdf
 Manual de Instrucciones del Controlador, incluidos en el kit.
http://www.fischertechnik.de/de/PortalData/1/Resources/didactic/documents/activity-
booklet/ROBOTXTrainingLab/es.pdf
 Manual de Montaje, incluido en el kit.