Robótica Educativa con Arduino, una apr a pro oximación a la Robótica bajo el Hardware y Software libre
Eduardo Gallego - Octubre Octu bre 2010 - www.complubot.org
Agenda: •Complubot - ¿Quiénes somos? •Robótica y robots •La robótica aplicada al hombre •Robótica colaborativa •Robótica en la educación: •Objetivos •Metodología •Herramientas •El aula de robótica Complubot
Agenda: •Complubot - ¿Quiénes somos? •Robótica y robots •La robótica aplicada al hombre •Robótica colaborativa •Robótica en la educación: •Objetivos •Metodología •Herramientas •El aula de robótica Complubot
¿Quiénes somos?
Complubot - Nuestra Historia Nacemos en 2003 como una actividad extraescolar en el CEIP Miguel Hernández de Alcalá de Henares - Madrid - España
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Empezamos con un único nivel en 2003-04, hasta cuatro niveles diferenciados en la actualidad
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Primera aula de robótica de nuestro país en un colegio de primaria.
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Por ella han pasado más de 100 alumnos.
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Nuestra actividad: 20 Competiciones. 5 Seminarios formativos impartidos. 5 asistencias a congresos y eventos educativos.
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Nuestros Logros: 39 Premios. 8 Menciones y títulos honoríficos.
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Nuestra actividad se encuentra avalada y soportada por un importante número de empresas y organismos
Robótica y robots
A
B
¿Cuál de los dos es un robot?
La Robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Mecánica
Inteligencia Artificial
Informática
Robótica
Electrónica
Ingeniería de
Se ocupa del diseño, fabricación y aplicaciones de los robots.
¿Necesitamos robots?
Para realizar aquellas tareas que:
• No podemos hacer • No queremos hacer
(esfuerzo, repetición...)
Un robot se caracteriza por disponer de:
• Un mecanismo que le proporciona movimiento (motores).
• Un conjunto de sensores que le dan información del entorno.
• Un sistema lógico que se encarga de procesar la información y tomar las decisiones.
B
A
Motores
2 para mover las manos
1 servo controlado de velocidad variable
Sensores
Ninguno
Presión, temperatura, rotación, humedad...
Ninguno
Si, con programa actualizable y tecnología “Fuzzy Logic”
Procesador
¿Cuál es un robot ahora?
Primera ecuación de la robótica
La robótica al servicio del hombre
Evolución de las prótesis
Dedo de madera del antiguo Egipto 1000 AC
Prótesis de pierna completa en la actualidad
Conjunto pie-tobillo robotizado
Prótesis robótica de miembro superior
Manipulación de objetos sin deterioro de los mismos
Robótica colaborativa
El desarrollo de la robótica está en proporción directa con la Inteligencia Artificial. Progresar en la Inteligencia Artificial puede superar las capacidades de un único grupo de trabajo. Solución: Robótica Colaborativa
Un importante número de equipos de todos los lugares del mundo trabajando en una misma dirección Grupo B
Grupo A
Grupo C
Proyecto común
Grupo D
Grupo E
Progresando de forma independiente con puestas en común periódicas
En el año 1993 nace la RoboCup con el objetivo de aunar los esfuerzos de los grupos de investigación orientados a la Inteligencia Artificial.
“Robots que jueguen al fútbol” fue la excusa idónea como desafío global.
RoboCup Junior, la modalidad más educativa para jóvenes estudiantes de hasta 19 años
Soccer RoboCup Junior
Modalidad A: con paredes bola con emisión continua Modalidad B: sin paredes, bola con emisión modulada
Rescue - RoboCup Junior
Dance - RoboCup Junior
Robótica en la educación
Importancia de la robótica educativa Aglutina ciencias y tecnologías: matemáticas, fisica, informática… •
Fomenta la imaginación, despierta inquietudes y ayuda a comprender mejor el mundo que nos rodea. •
Permite el trabajo en equipo facilitando la comunicación, responsabilidad, toma de decisiones… •
Nuestro Método Método científico: Identificar Clasificar Experimentar Elaborar hipótesis de trabajo
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Construccionismo: El alumno aprende de sus propias experiencias.
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Más importante que lo que se consigue es lo que se aprende en este !
“Fases o clases” en la Robótica Educativa
La Robótica Educativa como: • Excusa • Medio • Fin
La robótica Educativa como Excusa Como “Excusa” para: • Potenciar actividades relacionadas con la educación
• Fomentar imaginación, creatividad, artes plásticas, música...
• Apoyar el trabajo en equipo, asumir responsabilidades
• Motivar el interés por el aprendizaje
La robótica Educativa como Medio Como “Medio” para:
•Facilitar el asimilación de contenidos específicos (matemáticas, física...)
•Construir una herramienta de experimentación •Hacer más atractivo el aprendizaje
La robótica Educativa como Fin Como “Fin” para:
•Aprender electrónica, programación, mecánica, física, matemáticas...
•Entender las relaciones entre distintos sistemas y disciplinas (sinergia).
•Organizar un equipo de trabajo que sea capaz de resolver un desafío concreto.
Herramientas para la Robótica Educativa Criterios de selección:
• Multi-plataforma (Linux, Mac y Windows) • Arquitectura abierta • Amplia comunidad de usuarios • Avalada por centros de referencia (MIT, CMU...) • Fomente el auto-aprendizaje • Largo recorrido
Herramientas para la Robótica Educativa Scratch Programa Open (MediaLab del MIT) Entorno de programación Objetivo: fomentar la creatividad Permite interactuar con hardware (WeDO, PiccoBoard, Arduino...) Inmensa comunidad de usuarios. Traducido a + 20 idiomas Más de 1.300.000 actividades disponibles
Herramientas para la Robótica Educativa Arduino
¿Qué es Arduino? Arduino es un proyecto 'open' a nivel de hardware y de software Objetivo: Acercar la tecnología de los microcontroladores a no expertos en la materia Para ello se ha desarrollado: - Un entorno de programación propio, en C simplificado - Una familia de tarjetas de evaluación de bajo coste
Lo que Arduino aporta • Proyecto de Sotware y Hardware libre. • Una muy amplia difusión mundial, con más de 50.000 usuarios • Gran comunidad de usuarios que comparten experiencias www.arduino.cc
• Mucha información en la red • Multiplataforma: Mac OSX, Linux y Windows • Curva de aprendizaje muy rápida • Permite toda la proximidad que se requiera al microcontrolador. • Programación en C, pero sin necesidad de toda la complejidad del lenguaje C
• Fácilmente combinable con cualquier otro hardware • Todo disponible, incluso los esquemas y diseños de las tatrjetas • Muy económico. • Fácilmente ampliable mediante “Shields”
Arduino Shields
ARDUINO DUEMILANOVE
Características Microcontrolador: ATmega328 Voltaje de funcionamiento: 5V Voltaje de entrada: 7-12 V Entradas/salidas digitales: 14 (6 PWM) Entradas analógicas: 6 (10 bits) 0 - 1023 Corriente máxima por DI/O: 40 mA Flash: 32 KB (2 KB bootloader) SRAM: 2 KB EEPROM: 1KB Velocidad de reloj:16 MHz
Comunicaciones Serie asíncrona (Arduino, PC, displays...) SPI (Arduino, SD...) I2C (Arduino, sensores...)
Ejemplo 1: Variación del brillo de un LED mediante un potenciómetro
Arduino como plataforma de largo recorrido (I) • Una plataforma de largo recorrido es aquella que permite ser reutilizable en una gran parte del proceso educativo.
• Ventajas: • Las herramientas se aprenden solo una vez y de forma paulatina.
• Permite centrarse en lo que se aprende, no en lo que se utiliza para aprender.
• Podemos trabajar con independencia del sistema operativo. • Requerimientos: • Estabilidad y continuidad en el tiempo. • Amplia comunidad de usarios. • Sencillez y transparencia. • Multiplataforma
Arduino como plataforma de largo recorrido (II)
ArduLab nuestra contribución a la comunidad educativa (I) • Freware • No es una herramienta de programación.
• Orientado a la experimentación con Arduino.
• Windows ahora, Mac y Linux en el futuro.
• Aplicable a todos los niveles: • Jugar • Medir • Controlar • Verificar • www.ardulab.es
ArduLab nuestra contribución a la comunidad educativa (II)
Ejemplo: ArduSoccerBot
ArduSoccerBot Diagrama de bloques
Organización de nuestra aula Iniciación (niños de 5 años) Nivel I Nivel II Nivel III
GAR Grupo Avanzado De robótica
De 8 a 12 años
Robótica educativa - Nivel III
Robótica educativa - Nivel III
Grupo Avanzado de Robótica
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Estrategias globales para la Robótica Educativa (I) Portugal , Ciencia Viva
Apoyando a la Robótica Educativa desde el año 2000 En la actualidad cuenta con 19 proyectos para promover la Robotica Educativa en todo el país.
Estrategias globales para la Robótica Educativa (II) Alemania, Proyecto Roberta
Promovido por el Fraunhofer IASIS desde el 2002 Cuenta con 24 centros regionales que dan soporte a todo el país. Elabora su propio material formativo usando como base Lego Minstorms En fase de ampliación a: Austria, Italia, Suiza, Suecia y Reino Unido
Estrategias globales para la Robótica Educativa (III) España...
