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Seminario Internacional “Tecnologías de
    Información y Comunicaciones
       aplicadas a la Educación”
  La Robótica Educativa




    Autor: Mauricio Galvez Legua
     mgl10may62@hotmail.com


                                          1
La era del conocimiento
• Antes el trabajo era manual (fuerza)
       Escribir          Leer             Calcular




• Herramientas de trabajo:




• Solucionar “mi problema” (particular)
• Tecnología
                                                     2
La era del conocimiento
• Ahora el trabajo es mental (inteligencia)
•   Escribir (procesador de texto)
•   Leer e interpretar gráficos
•   Calcular (hoja de cálculo)
•   Programar (celulares, PDA, lavadoras, etc).
•   Herramienta de trabajo: la computadora
•   Solucionar “el problema” (general)
•   Tecnología y Ciencia




                                                  3
Evolución de Sistemas Automáticos
                                                       Robotización


                     Tercera Revolución
                     Industrial


                                           Automatización



       Primera y Segunda
       Revolución Industrial    Mecanización


       Edad de los Metales
Edad de Piedra



                                                                      4
¿Qué es la Robótica?
• La robótica es una ciencia aplicada que se ocupa del
  estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots.
• Una característica de la robótica es que es un área
  interdisciplinaria, esto quiere decir que es el resultado de
  la interacción de varias disciplinas:




   Robótica   =   Mecánica    +   Electrónica   +   Informática




                                                                  5
¿Qué es un robot?
    Un robot es un dispositivo electrónico - mecánico,
    con capacidad de movimiento y acción, con cierto
    grado de autonomía, que desempeña tareas en
    forma automática y que exhiben inteligencia
    computacional y es programable.

• La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos
  físicos como a sistemas virtuales de software, aunque
  suele aludirse a los segundos con el término de bots. En
  este curso emplearemos la palabra robot para referirnos
  a mecanismos físicos.


                                                         6
¿Cómo trabaja un robot?

• Un robot trabaja realizando tres etapas:
                                                 Procesa la
  Es la manera en
                                             información y en
  que el robot toma          Procesar           función a su
 conocimiento de su
                                               programación
 estado y la relación
                                             toma decisiones.
 con el entorno que
      lo rodea.                                     Medio por el
                                                    cuál realiza
                                                    una acción
                                                      física.

                  Percibir              Actuar

                                                                   7
Morfología de un robot
• La forma de un robot normalmente está relacionando con la
  apariencia de los seres humanos o animales. En el siguiente gráfico
  podemos observar la relación que existe entre un brazo robótico y el
  cuerpo de un ser humano.




                                                                     8
Esquema general de un robot
         Motores      Switches      Pistones


                    Subsistema de
                     Actuadores



                           Subsistema
Subsistema de               eléctrico
   Control                 Subsistema
                            mecánico
                                                        Elemento
                                                        terminal
                    Subsistema de
                      Sensores


      Inclinación    Proximidad     Presión    Sonido
                                                                   9
¿Qué es la Robótica?
• La Robótica es una ciencia aplicada que se ocupa del
  estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots.
• Una característica de la robótica es que es un área
  interdisciplinaria, esto quiere decir que es el resultado de
  la interacción de varias disciplinas:


                     Mecánica     Electrónica




                           Informática


                                                            10
Robótica Educativa
• La Robótica Educativa es un medio de aprendizaje, en el
  cual la principal motivación es el diseño y las
  construcciones de creaciones propias.
• Estas creaciones se dan en primera instancia de forma
  mental y posteriormente en forma física, las cuales son
  construidas con diferentes tipos de materiales y
  controladas por un sistema computacional.

   El Aprendizaje está íntimamente ligado al hacer. Se
   trata de una experiencia activa de construcción de
   conocimiento. Hacer es: escribir, diagramar,
   investigar, probar, intentar, equivocarse, etc.
                                                         11
Robótica Educativa
• Permite construir las propias representaciones del entorno
  que nos rodea, facilitando un mejor entendimiento del mundo
  real.
• Anima a pensar creativamente, analizar situaciones y aplicar
  el pensamiento crítico y habilidades para resolver problemas
  reales.
• Estimula la imaginación y creatividad y desarrolla de la
  concentración y habilidades manuales.
• Permite ingresar a la ciencia por la puerta de la
  experimentación, además de provocar una inquietud por el
  razonamiento científico.
• Permite dotar al estudiante de un espacio controlado en
  donde puede cometer errores y estos no generen perjuicio en
  el propio estudiante.                                        12
Robótica Educativa
• La robótica educativa, tal como se conoce ahora, surgió
  en el seno de uno de los mayores centros de producción
  mundial del conocimiento: El Instituto Tecnológico de
  Massachusetts (MIT), y la persona encargada de hacerlo
  fue el científico y educador Seymour Papert, creador del
  primer software de programación para niños
  denominado LOGO y colega en Viena del célebre Jean
  Piaget.




                                                        13
Fases de la robótica educativa
• La actividad de trabajar con la robótica educativa la
  podemos dividir en fases; esto es, actividades
  relativamente independientes entre sí que definen una
  acción manual o intelectual en la ejecución de la robótica
  educativa.




                                                          14
Fases de la robótica educativa
• Colocando en orden lógico las 5 fases tenemos:




                                               15
Fase: Diseñar
• La idea y su representación basada en la necesidad de
  resolver algún problema, dará origen al desarrollo de
  una maqueta, modelo, diseño.
   – Usando ejemplos de la realidad (imitación).
   – Usando la imaginación para crear algo nuevo. Se debe plasmar
     la idea en un medio físico (bosquejar la posible solución).
     Ejemplo: Dibujar en un papel.




                                                               16
Fase: Construir
• En base al diseño planteado se empezará a construir una solución
  al problema, valiéndose de piezas, sensores y conexiones.
   – Introducir el tema de la robótica primero como un juego para
      armar “modelos básicos”, los cuales son representaciones de
      cosas del entorno cotidiano: casa, puente, etc.
   – Armar “modelos intermedios” los cuáles sean representaciones
      de cosas o seres vivos de la naturaleza. Ejemplo: el león, el
      cocodrilo, el sapo, etc. Se busca representar la naturaleza en
      forma artificial.
   – Armar “modelos avanzados” que son representaciones de
      mecanismos o equipos de la industria, creaciones propias, etc.




                                                                  17
Fase: Programar
• Basada en el uso de un software de fácil uso
  (iconográfico), que permita programar los movimientos y
  el comportamiento en general del modelo robótico.
   – Pensar en una solución al problema planteado (creatividad).
   – Plasmar la solución pensada en una secuencia no ambigua,
     finita y ordenada de pasos (instrucciones) que han de seguirse
     para resolver el problema (algoritmo).




                                                                 18
Fase: Programar
– Definir la estructura de datos que se requiere para solucionar
  el problema.
– Traducir el algoritmo en una secuencia de instrucciones que
  deben ser ingresados al “subsistema de control” del modelo
  robótico (lenguaje iconográfico).
– Ingresar el programa en el “subsistema de control” del
  modelo robótico (puede ser en forma manual mediante el uso
  del teclado que tiene el cerebro o mediante la transferencia
  desde un computador).




                                                                   19
Fase: Probar
• Verificar visualmente que el modelo implementado
  funciona.
• Comprobar que su funcionamiento cumple con un
  conjunto de especificaciones, puede ser estándares,
  modelo matemático, etc.




                                                   20
Fase: Documentar y compartir
• Una vez que se ha probado el modelo y que funciona
  como lo hemos diseñado, entonces debemos
  documentar el trabajo desarrollado. Esto se puede hacer
  de varias maneras:
   – Dibujo a mano alzada, etc.
   – Procesador de textos, editor de gráficos, etc.
   – Software especializado: MLCAD, Lego Digital Designer, etc.




     MLCAD (Mike's LEGO Computer Aided Design) - Mike Lachmann
                                                                  21
Fase: Documentar y compartir
• La documentación también nos sirve para algo muy
  importante: el compartir nuestro trabajo con los demás,
  de esa manera difundimos el conocimiento.
   – Ejemplo: El programa Scratch es un lenguaje de programación
     orientado a objetos. Fue desarrollado por el “The Lifelong
     Kindergarten group" en el Media Lab del MIT (Massachussets
     Institute of Tecnology) por un equipo dirigido por Mitchel
     Resnick. La forma de trabajar con Scratch es: Imaginar,
     programar y compartir.




                                                              22
Fases de la robótica educativa
• Finalmente estas 5 fases de relacionan según el
  siguiente diagrama de flujo:


                                              Documentar
Diseñar   Construir   Programar   Probar
                                              y compartir




                            No    ¿Funciona   Si
                                    bien?

                                                        23
La robótica educativa y el método
              científico
• El método científico es el conjunto de pasos fijados de
  antemano por una disciplina con el fin de alcanzar
  conocimientos válidos mediante instrumentos confiables.
  Trata de protegernos de la subjetividad en el
  conocimiento.




                                                       24
La robótica educativa y el método
              científico
• Es una secuencia estándar para formular y responder a
  una pregunta:
   – Observación: Es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a
     un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en
     realidad.
   – Problema: Se define cual es el problema o lo que se intenta
     explicar.
   – Hipótesis: Planteamiento de una explicación o solución al
     problema.
   – Experimentación: Probar la hipótesis.
   – Conclusiones: De comprobarse la hipótesis se elabora una
     nueva teoría.


                                                                   25
La robótica educativa y el método
                 científico

                                                                   Conclusiones       Publicar
                                  Experimentación
              Hipótesis                                              (Nuevas       resultados de
                                (Prueba de hipótesis)
                                                                     teorías)      investigación



                                  Modelar, predecir
Observación   Problema
                                (sustento matemático)



                                                                     Documentar
              Diseñar     Construir    Programar         Probar
                                                                     y compartir



                                             No                         Si
                                                        ¿Funcion
                                                         a bien?
                                                                                           26
Kit de robótica WeDo

                   WeDO (Comercial)    WeDO (MED)



     Programa       WeDO y Scratch    WeDO y Scratch

                   Motor, sensor de Motor, sensor de
    Actuadores y
                   movimiento y de movimiento y de
     sensores
                     inclinación.     inclinación.

    Controlador     Laptop XO y PC    Laptop XO y PC


      Piezas          158 piezas        208 piezas




                                                     27
Kit de robótica WeDo
208 piezas de las más variadas:            Sensores y actuadores: Permite dar     Software de programación WeDo
Viene con una cartilla para el             movimiento a los modelos y sensar      versión 12: Viene en una memoria
inventario. Es recomendable que            características físicas.               USB de X Gbytes, lista para ser
antes y al finalizar la clase se haga el                                          instalad en las Laptop XO
inventario de piezas.
                                           Actuador: Motor




                                           Sensor de
                                           distancia


                                                                                  Finalmente al unir     todos   los
                                                                                  componentes tenemos:
                                           Sensor de
La cantidad y variedad de piezas           Inclinación
permiten armar diversos modelos:


                                           Hub: Permite conectar el motor y los
                                           sensores a la computadora. El hub se
                                           conecta a la Laptop XO mediante un
                                           puerto USB




                                                                                                                 28
Modelos básicos con WeDO
• El kit de WeDO viene con 12 modelos básicos para ser armados:
   – Pájaro volador
   – Mono percusionista
   – Pájaros danzarines
   – Barco navegante
   – Gigante colgante
   – Afición ruidosa
   – Cocodrilo hambriento
   – León rugiente
   – Chutador a gol
   – Portero parapelotas
   – Avión de rescate
   – Hilador inteligente
                                                                  29
Software WeDo
El lenguaje de programación esta basado            Cada módulo de WeDo incluye una memoria
en iconos (gráficos) lo que facilita su uso.       USB con el software para ser instalado en la
                                                   Laptop XO.
                      Permite visualizar las                 Permite crear proyectos, grabar o cerrar
                      fichas de contenidos.                     los existentes para modificarlos.


 Cuando se
 conecta el
 hub, motor
   o algún
  sensor, el                                                                     Icono
 software lo                                                                      para
 reconoce.                                                                     detener el
                                                                               programa




  Girar el motor en      Girar el motor en     Sensor de       Sensor de             Comando
   sentido horario      sentido antihorario    inclinación     distancia            para repetir
                                                                                                    30
Ejemplos de la aplicación de la
robótica educativa en primaria

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                                  31
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                   En diseño
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                                    40
Muchas gracias !!!

mgl10may62@hotmail.com
      Julio 2011


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Robotica educativa

  • 1. Seminario Internacional “Tecnologías de Información y Comunicaciones aplicadas a la Educación” La Robótica Educativa Autor: Mauricio Galvez Legua mgl10may62@hotmail.com 1
  • 2. La era del conocimiento • Antes el trabajo era manual (fuerza) Escribir Leer Calcular • Herramientas de trabajo: • Solucionar “mi problema” (particular) • Tecnología 2
  • 3. La era del conocimiento • Ahora el trabajo es mental (inteligencia) • Escribir (procesador de texto) • Leer e interpretar gráficos • Calcular (hoja de cálculo) • Programar (celulares, PDA, lavadoras, etc). • Herramienta de trabajo: la computadora • Solucionar “el problema” (general) • Tecnología y Ciencia 3
  • 4. Evolución de Sistemas Automáticos Robotización Tercera Revolución Industrial Automatización Primera y Segunda Revolución Industrial Mecanización Edad de los Metales Edad de Piedra 4
  • 5. ¿Qué es la Robótica? • La robótica es una ciencia aplicada que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. • Una característica de la robótica es que es un área interdisciplinaria, esto quiere decir que es el resultado de la interacción de varias disciplinas: Robótica = Mecánica + Electrónica + Informática 5
  • 6. ¿Qué es un robot? Un robot es un dispositivo electrónico - mecánico, con capacidad de movimiento y acción, con cierto grado de autonomía, que desempeña tareas en forma automática y que exhiben inteligencia computacional y es programable. • La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos como a sistemas virtuales de software, aunque suele aludirse a los segundos con el término de bots. En este curso emplearemos la palabra robot para referirnos a mecanismos físicos. 6
  • 7. ¿Cómo trabaja un robot? • Un robot trabaja realizando tres etapas: Procesa la Es la manera en información y en que el robot toma Procesar función a su conocimiento de su programación estado y la relación toma decisiones. con el entorno que lo rodea. Medio por el cuál realiza una acción física. Percibir Actuar 7
  • 8. Morfología de un robot • La forma de un robot normalmente está relacionando con la apariencia de los seres humanos o animales. En el siguiente gráfico podemos observar la relación que existe entre un brazo robótico y el cuerpo de un ser humano. 8
  • 9. Esquema general de un robot Motores Switches Pistones Subsistema de Actuadores Subsistema Subsistema de eléctrico Control Subsistema mecánico Elemento terminal Subsistema de Sensores Inclinación Proximidad Presión Sonido 9
  • 10. ¿Qué es la Robótica? • La Robótica es una ciencia aplicada que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. • Una característica de la robótica es que es un área interdisciplinaria, esto quiere decir que es el resultado de la interacción de varias disciplinas: Mecánica Electrónica Informática 10
  • 11. Robótica Educativa • La Robótica Educativa es un medio de aprendizaje, en el cual la principal motivación es el diseño y las construcciones de creaciones propias. • Estas creaciones se dan en primera instancia de forma mental y posteriormente en forma física, las cuales son construidas con diferentes tipos de materiales y controladas por un sistema computacional. El Aprendizaje está íntimamente ligado al hacer. Se trata de una experiencia activa de construcción de conocimiento. Hacer es: escribir, diagramar, investigar, probar, intentar, equivocarse, etc. 11
  • 12. Robótica Educativa • Permite construir las propias representaciones del entorno que nos rodea, facilitando un mejor entendimiento del mundo real. • Anima a pensar creativamente, analizar situaciones y aplicar el pensamiento crítico y habilidades para resolver problemas reales. • Estimula la imaginación y creatividad y desarrolla de la concentración y habilidades manuales. • Permite ingresar a la ciencia por la puerta de la experimentación, además de provocar una inquietud por el razonamiento científico. • Permite dotar al estudiante de un espacio controlado en donde puede cometer errores y estos no generen perjuicio en el propio estudiante. 12
  • 13. Robótica Educativa • La robótica educativa, tal como se conoce ahora, surgió en el seno de uno de los mayores centros de producción mundial del conocimiento: El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y la persona encargada de hacerlo fue el científico y educador Seymour Papert, creador del primer software de programación para niños denominado LOGO y colega en Viena del célebre Jean Piaget. 13
  • 14. Fases de la robótica educativa • La actividad de trabajar con la robótica educativa la podemos dividir en fases; esto es, actividades relativamente independientes entre sí que definen una acción manual o intelectual en la ejecución de la robótica educativa. 14
  • 15. Fases de la robótica educativa • Colocando en orden lógico las 5 fases tenemos: 15
  • 16. Fase: Diseñar • La idea y su representación basada en la necesidad de resolver algún problema, dará origen al desarrollo de una maqueta, modelo, diseño. – Usando ejemplos de la realidad (imitación). – Usando la imaginación para crear algo nuevo. Se debe plasmar la idea en un medio físico (bosquejar la posible solución). Ejemplo: Dibujar en un papel. 16
  • 17. Fase: Construir • En base al diseño planteado se empezará a construir una solución al problema, valiéndose de piezas, sensores y conexiones. – Introducir el tema de la robótica primero como un juego para armar “modelos básicos”, los cuales son representaciones de cosas del entorno cotidiano: casa, puente, etc. – Armar “modelos intermedios” los cuáles sean representaciones de cosas o seres vivos de la naturaleza. Ejemplo: el león, el cocodrilo, el sapo, etc. Se busca representar la naturaleza en forma artificial. – Armar “modelos avanzados” que son representaciones de mecanismos o equipos de la industria, creaciones propias, etc. 17
  • 18. Fase: Programar • Basada en el uso de un software de fácil uso (iconográfico), que permita programar los movimientos y el comportamiento en general del modelo robótico. – Pensar en una solución al problema planteado (creatividad). – Plasmar la solución pensada en una secuencia no ambigua, finita y ordenada de pasos (instrucciones) que han de seguirse para resolver el problema (algoritmo). 18
  • 19. Fase: Programar – Definir la estructura de datos que se requiere para solucionar el problema. – Traducir el algoritmo en una secuencia de instrucciones que deben ser ingresados al “subsistema de control” del modelo robótico (lenguaje iconográfico). – Ingresar el programa en el “subsistema de control” del modelo robótico (puede ser en forma manual mediante el uso del teclado que tiene el cerebro o mediante la transferencia desde un computador). 19
  • 20. Fase: Probar • Verificar visualmente que el modelo implementado funciona. • Comprobar que su funcionamiento cumple con un conjunto de especificaciones, puede ser estándares, modelo matemático, etc. 20
  • 21. Fase: Documentar y compartir • Una vez que se ha probado el modelo y que funciona como lo hemos diseñado, entonces debemos documentar el trabajo desarrollado. Esto se puede hacer de varias maneras: – Dibujo a mano alzada, etc. – Procesador de textos, editor de gráficos, etc. – Software especializado: MLCAD, Lego Digital Designer, etc. MLCAD (Mike's LEGO Computer Aided Design) - Mike Lachmann 21
  • 22. Fase: Documentar y compartir • La documentación también nos sirve para algo muy importante: el compartir nuestro trabajo con los demás, de esa manera difundimos el conocimiento. – Ejemplo: El programa Scratch es un lenguaje de programación orientado a objetos. Fue desarrollado por el “The Lifelong Kindergarten group" en el Media Lab del MIT (Massachussets Institute of Tecnology) por un equipo dirigido por Mitchel Resnick. La forma de trabajar con Scratch es: Imaginar, programar y compartir. 22
  • 23. Fases de la robótica educativa • Finalmente estas 5 fases de relacionan según el siguiente diagrama de flujo: Documentar Diseñar Construir Programar Probar y compartir No ¿Funciona Si bien? 23
  • 24. La robótica educativa y el método científico • El método científico es el conjunto de pasos fijados de antemano por una disciplina con el fin de alcanzar conocimientos válidos mediante instrumentos confiables. Trata de protegernos de la subjetividad en el conocimiento. 24
  • 25. La robótica educativa y el método científico • Es una secuencia estándar para formular y responder a una pregunta: – Observación: Es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad. – Problema: Se define cual es el problema o lo que se intenta explicar. – Hipótesis: Planteamiento de una explicación o solución al problema. – Experimentación: Probar la hipótesis. – Conclusiones: De comprobarse la hipótesis se elabora una nueva teoría. 25
  • 26. La robótica educativa y el método científico Conclusiones Publicar Experimentación Hipótesis (Nuevas resultados de (Prueba de hipótesis) teorías) investigación Modelar, predecir Observación Problema (sustento matemático) Documentar Diseñar Construir Programar Probar y compartir No Si ¿Funcion a bien? 26
  • 27. Kit de robótica WeDo WeDO (Comercial) WeDO (MED) Programa WeDO y Scratch WeDO y Scratch Motor, sensor de Motor, sensor de Actuadores y movimiento y de movimiento y de sensores inclinación. inclinación. Controlador Laptop XO y PC Laptop XO y PC Piezas 158 piezas 208 piezas 27
  • 28. Kit de robótica WeDo 208 piezas de las más variadas: Sensores y actuadores: Permite dar Software de programación WeDo Viene con una cartilla para el movimiento a los modelos y sensar versión 12: Viene en una memoria inventario. Es recomendable que características físicas. USB de X Gbytes, lista para ser antes y al finalizar la clase se haga el instalad en las Laptop XO inventario de piezas. Actuador: Motor Sensor de distancia Finalmente al unir todos los componentes tenemos: Sensor de La cantidad y variedad de piezas Inclinación permiten armar diversos modelos: Hub: Permite conectar el motor y los sensores a la computadora. El hub se conecta a la Laptop XO mediante un puerto USB 28
  • 29. Modelos básicos con WeDO • El kit de WeDO viene con 12 modelos básicos para ser armados: – Pájaro volador – Mono percusionista – Pájaros danzarines – Barco navegante – Gigante colgante – Afición ruidosa – Cocodrilo hambriento – León rugiente – Chutador a gol – Portero parapelotas – Avión de rescate – Hilador inteligente 29
  • 30. Software WeDo El lenguaje de programación esta basado Cada módulo de WeDo incluye una memoria en iconos (gráficos) lo que facilita su uso. USB con el software para ser instalado en la Laptop XO. Permite visualizar las Permite crear proyectos, grabar o cerrar fichas de contenidos. los existentes para modificarlos. Cuando se conecta el hub, motor o algún sensor, el Icono software lo para reconoce. detener el programa Girar el motor en Girar el motor en Sensor de Sensor de Comando sentido horario sentido antihorario inclinación distancia para repetir 30
  • 31. Ejemplos de la aplicación de la robótica educativa en primaria “Construir mis ideas” 31
  • 33. Diseñar: Sapo Ver video 33
  • 35. Diseñar: Tortuga En diseño Producto final 35
  • 37. Diseñar: Pelicano Ver video 37
  • 40. Diseñar: Esquiador Ver video Manual de construcción 40