Enseñanza de Robotica

UNIVERSIDAD NACIONAL

DE ITAPUA

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS

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Diseño y Creación de un brazo robot, con una finalidad didáctica en la enseñanza de robótica

Por: Fabián Daniel Paiva Riveros

Carrera: Informática Empresarial

Semestre: Tercero

Resumen  

Este proyecto va dirigido en especial hacia el ámbito educativo, utilizando la plataforma Arduino para el desarrollo y creación de un brazo robot, un trabajo en el cual se detalla el uso de hardware, lenguaje de programación basada en el lenguaje C, manipulación de señales analógicas y digitales para generar movimientos mediante servomotores de modelismo, el brazo robot puede ser controlado manualmente mediante señales analógicas leídas desde un potenciómetro o funcionando automáticamente mediante el previo establecimiento de un código. Este proyecto al ser utilizado como material didáctico permitirá una fácil introducción a lo que se considera el amplio mundo de la programación dirigida a objetos.

Arduino es una plataforma open source que combina hardware y su propio software para el desarrollo de estructuras de programas, por lo cual permite interactuar y manejar dispositivos electrónicos, para así desarrollar una infinidad de proyectos o trabajos de investigación que pueden ser aplicables a un campo en específico como la robótica, seguridad mediante dispositivos programables, ámbito educativo (como material de enseñanza) etc.

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Justificación

La enseñanza de robótica en nuestra sociedad se da una forma muy escasa por lo cual se llevó a cabo un trabajo que puede ser usado por profesor durante el desarrollo de clases de una determinada cátedra, correspondiente a carreras como informática, electrónica o afines.

Siempre que la enseñanza teórica vaya acompañada de un ejemplo físico, se fijara de una manera más rápida y sencilla en la mente de los estudiantes, el brazo robot dependiendo de la forma en que lo utilicen sus usuarios, ayudara a la comprensión y el manejo de herramientas como el manejo de servomotores y la plataforma arduino, lenguaje de programación C++, la correcta creación de la estructura lógica de un programa, elaboración de cableados eléctricos con una eficaz fuente de voltaje y amperaje para que el prototipo a desarrollar produzca movimientos sin ningún tipo de problemas. Este brazo robot imita movimientos de un brazo humano, como pueden ser, movimiento de (hombro, codo, antebrazo, muñeca y apretón de manos) los movimientos de la mano de encuentran sustituidas por los movimientos de una pinza que permite levantar un vaso, escribir una palabra .etc.    

Objetivos

General.

• El desarrollo del prototipo de un brazo robótico programable.
• Crear un proyecto el cual siempre se encuentre dispuesto a futuras ampliaciones, mejoras y una instalación de nuevos dispositivos electrónicos (placas, bluetooth, guantes con sensores flex, dispositivos ECG/EKG).  

Específicos.

• Investigar e interpretar las informaciones encontradas, para que luego puedan ser plasmadas mediante acciones o movimientos físicos.
• Desarrollar una correcta interactuación  entre software y hardware.
• Elaborar el diseño personal de un brazo robot.
• Realizar pruebas y corregir fallas.
• La creación de un material didáctico dirigido a la enseñanza de robótica

Descripción y especificaciones de los objetos utilizados:

Arduino Mega 2560: consta con las características de ser una placa de bajo costo pero muy potente para el desarrollo de interesantes proyectos, posee una entrada de alimentación de 7VCC a 12 VCC, una conexión puerto serial, procesador ATmega2560 de 16Mhz de velocidad, 256k de memoria RAM, botón de reset etc. Además también posee 90 pines de los que se encuentran distribuidos de la siguiente manera pines alimentación/pines digitales/pines PWM/ pines analógicos/ pines de comunicación. Es compatible con cualquier sistema operativo inclusive con android; mediante una aplicación creada para celulares.

 En este proyecto fueron utilizados los pines de:

• Alimentación
• Analógicos
• Digitales

Pines de alimentación: son las que brindan la alimentación de energía en VCC a nuestro proyecto siempre y cuando su rango de abastecimiento no supere los 5volts, en caso contrario el proyecto deberá ser alimentado desde una fuente externa de energía.

Pines analógicos: mediante la programación de estos pines se puede producir un control manual, estos pines leen las variaciones de voltaje de la señal eléctrica enviada desde otro componente eléctrico (por ejemplo un potenciómetro conectado a la placa Arduino) y de acuerdo a estos valores leídos se produce otra variable que será de salida y de tipo digital que puede ser interpretado por el objeto al que va dirigida la programación, en el caso de este proyecto estamos hablando de un servomotor.

Arduino lleva a cabo un proceso complejo de lectura de una señal analógica (señal de entrada) y la conversión de la misma en señal digital (señal de salida) y este proceso es el responsable del movimiento y variación de ángulo de un servomotor.

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(Ejemplo de la lectura de una señal analógica mediante un potenciómetro)

Pines digitales: hablando técnica y fácilmente explicable, la señal digital es un tipo de señal que contienen información codificada, generalmente recurren a la lógica binaria ceros y unos, para responder a las necesidades del usuario. La plataforma Arduino también utiliza esta metodología de codificación para poder controlar dispositivos electrónicos.

En este proyecto las señales digitales también fueron utilizadas para el movimiento automático de los servomotores

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Ejemplo de la programación para el movimiento automático de un servomotor y sus correspondientes conexiones. En la imagen puede apreciarse un claro y sencillo ejemplo sobre la programación para que pueda producirse el cambio de ángulos y movimientos de un servomotor, intercambian de 90 a 0 y de 0 a 90 grados automáticamente, los comandos están ubicados dentro de un bucle infinito para que las secuencias puedan ser realizadas en forma repetitiva y continua.

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