Robótica Pedagógica

CONSTRUCCIÓN DE UN ROBOT PROMOCIONAL


OMAR LUCIO CABRERA JIMÉNEZ
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
cjol@xanum.uam.mx


RESUMEN

En el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Autónoma Metropolitana tenemos gran interés en los proyectos de Robótica Pedagógica, es por ello que hemos realizado el diseño y la construcción de un Prototipo de Robot Promocional que puede realizar las funciones de avanzar, retroceder, girar, mover los brazos y mover la cabeza. Estas funciones del sistema pueden ser controladas mediante programas grabados en una Unidad de Microcontrol o bien, de manera remota, por un operador.

El Prototipo tiene la imagen de un robot antropomórfico del tamaño de una persona y cuenta con un tablero para mensajes, un radio AM/FM con reproductor de cassettes y un sistema que recibe una señal de voz y la hace pasar a través de un procesador. Así mismo se han instalado, en el robot, un micrófono y una cámara que envían señales hasta donde se encuentra el operador.

El prototipo fue construido utilizando material de recuperación y algunos aparatos que, al no estar siendo utilizados, fueron puestos a nuestra disposición. A pesar de esto el sistema ha sido utilizado en diferentes eventos de promoción de la UAM teniendo una gran aceptación del público en general y ha participado en dos programas de TV.

PALABRAS CLAVE: Robótica Pedagógica, Radio Control, Microcontrolador.


1 INTRODUCCIÓN

El interés por realizar proyectos dentro de la disciplina llamada Robótica Pedagógica como parte de nuestro quehacer académico nos llevó a plantear la idea de desarrollar un proyecto al que hemos llamado Prototipo de ROBOT PROMOCIONAL mismo que tiene por objetivo integrar diferentes componentes tecnológicos (desde chips de circuitos integrados hasta micrófonos y cámaras inalámbricos) con el propósito de construir un sistema electromecánico que pueda ser controlado utilizando un Radio Control
o bien mediante programas almacenados en la memoria de una Unidad de Microcontrol .

El sistema se pensó con la imagen de un robot antropomórfico y debe servir, por una parte, para ilustrar a los estudiantes de manera práctica los conceptos teóricos involucrados en el mismo y, por otro, lado al ser puesto en funcionamiento debe hacer promoción de diferentes bienes y servicios, por ejemplo puede ser presentado en los eventos de promoción en los que participa la Universidad como una muestra del trabajo que hemos realizado en cuanto a desarrollos tecnológicos.
2 EL USO DE ROBOTS

La palabra Robot, para diferentes idiomas, tiene sus raíces en palabras que significan sirviente y trabajo o faena lo cual nos da una idea de los que podemos esperar de un robot. Además desde la antigüedad ha existido, en diferentes culturas, la idea de tener sirvientes parecidos a los humanos o a los animales que se encarguen de hacer todo tipo de trabajos pesados.

Tal como lo entendemos en la actualidad, los robots, son dispositivos tecnológicos que sirven para realizar la tarea para la cual han sido construido y son utilizados donde la velocidad y la precisión de los mecanismos automatizados superan las habilidades del hombre así como para hacer aquellas tareas que resulten especialmente peligrosas para los seres humanos, siendo la industria de manufactura, y principalmente la industria automotriz, donde más se utilizan.

Las tareas en que más frecuentemente encontramos robots son :

Recubrimiento de Superficies.
Moldeo por inyección.
Soldadura por puntos.
Acoplamiento de herramientas.
Empaque.


3. LA ROBÓTICA PEDAGÓGICA

La idea de “aprender jugando” resulta muy atractiva para todos los estudiantes, independientemente de su edad y su nivel educativo, además la robótica despierta, en los alumnos de las carreras técnicas, un gran interés, pues el diseño, construcción y programación de un robot involucra diferentes disciplinas, todas ellas de gran importancia como la electrónica, la mecánica y los lenguajes de programación entre otras. Es por ello que los prototipos que se hacen en la Universidad Autónoma Metropolitana como proyectos robóticos logran captar la atención y despertar el interés por el proceso de fabricación del robot. De igual forma el funcionamiento de tales proyectos puede ser orientado hacia la transmisión de diversos tipos de conocimientos.

Lo anterior sirvió como base para que, a finales de los años 80, apareciera una nueva disciplina conocida como Robótica Pedagógica. En la actualidad una gran cantidad de investigadores alrededor de todo el mundo trabajan sobre esta línea de investigación según lo demuestra la gran cantidad de trabajos presentados en los diversos congresos que se han organizado, acerca de ella, en diferentes países de Europa y América (uno de ellos se realizó en la Universidad Nacional Autónoma de México).

La Robótica Pedagógica fue definida por Martial Vivet, uno de los primeros investigadores que realizó proyectos de robótica con la finalidad de apoyar el proceso de Enseñanza - Aprendizaje, de la siguiente manera:

“Es la actividad de concebir, construir y poner en funcionamiento, con fines pedagógicos, objetos tecnológicos que son reproducciones muy fieles y significativas de los procesos y herramientas robóticos que son usados cotidianamente sobre todo en el medio industrial”.

4 EL ROBOT PROMOCIONAL

El sistema, como se mostró en la figura de la página anterior, fue diseñado y construido con una imagen antropomórfica del tamaño de una persona (1.70 mts. aproximadamente), pesa alrededor de 60 kgs y posee las siguientes características:

Despliega mensajes programables.
Simula oído, visión y habla.
Sintoniza las estaciones de AM/FM y reproduce cassettes.
Cuenta con un anuncio luminoso.
Se desplaza hacia atrás o hacia delante y gira hacia la izquierda o la derecha.
Mueve los brazos.
Mueve la cabeza.

En este documento haremos la descripción de las diferentes partes que integran al sistema, separándolas por el tipo de funciones de las que se encargan y viéndolas como estructuras diferentes, es decir, tendremos la Estructura Electrónica. la Estructura Mecánica y la Estructura de Control del sistema.

5 ESTRUCTURA ELECTRÓNICA

Despliegue de mensajes programables.

En la parte de enfrente, debajo de lo que vemos como la cintura del robot, se colocó un Display que presentará hasta cinco mensajes diferentes. Cada mensaje puede ser programado con un total de hasta 640 caracteres y que se estará repitiendo, un mensaje a la vez, sin ningún tipo de intervención del usuario.

Simulación de oído, visión y habla.

El robot posee un micrófono, colocado en la parte superior del pecho, y una cámara de un sistema de monitoreo (similar a los sistemas de circuito cerrado de televisión) cuya lente está enmedio de los ojos. Estos aparatos envían señales, en forma inalámbrica, a los aparatos receptores que controla el operador para que éste pueda escuchar y ver a las personas que interactúan con el prototipo.

Para simular que el robot es capaz de hablar, el operador envía un mensaje a través de un micrófono inalámbrico cuya señal es captada en el robot y se pasa por un procesador de voz para que el sonido tenga el timbre de un sintetizador, en las bocinas que se encuentran en los costados del robot así quienes lo escuchan tendrán la idea de que es el robot quien está hablando con ellos (ver la siguiente figura).














Sintonía de estaciones de AM/FM y capacidad de reproducir cassettes.

El robot posee un estero de automóvil con radio de AM / FM y reproductor de cassettes conectado con un ecualizador y con un par de bocinas que se encuentran en la parte inferior del frente del robot. El radio puede ser sintonizado en alguna estación o bien se puede poner a reproducir un cassette con música o con un guión grabado con anterioridad. Ver la siguiente figura.



















Exhibición de Anuncio Luminoso.

En el interior del pecho del Robot se ha colocado una lámpara de halógeno de luz blanca con su propia batería. En la parte exterior se colocó una cubierta de acrílico con el logotipo de la UAM que se ilumina al encender la lámpara.

6 ESTRUCTURA MECÁNICA

El prototipo puede desplazarse hacia atrás o hacia delante y girar hacia la izquierda o la derecha.

La base del robot está montada sobre tres ruedas: dos de ellas se encuentran alineadas en la parte posterior y la tercera está en la parte frontal de la mencionada base. La ruedas traseras serán movidas de manera independiente mediante un sistema como el que se muestra a continuación.












Para cada llanta hemos utilizado un motor que en otro tiempo sirviera para subir y bajar los cristales eléctricos de un automóvil. El motor tiene en su eje un engrane sinfín que hace mover un engrane corona, mismo que, a su vez, hace mover otro engrane corona . La llanta ha sido asegurada firmemente con este último engrane.

Los movimientos quedan determinados por el sentido en el que giren ambas ruedas traseras ya que la rueda frontal puede acomodarse para tomar una dirección acorde con el tipo de movimiento. A continuación mencionamos cómo deben girar ambas ruedas traseras para que el prototipo tenga movimiento.

Avanzar. Ambas ruedas giran al mismo tiempo hacia delante.

Retroceder. Ambas ruedas giran al mismo tiempo hacia atrás.

Girar a la Derecha “haciendo como compás”. La llanta izquierda gira hacia delante y la derecha no gira o bien la llanta derecha gira hacia atrás mientras la otra permanece fija.

Girar a la Derecha sobre su propio eje. La izquierda va hacia adelante y la hacia atrás.

Girar a la Izquierda “haciendo como compás”. La llanta derecha gira hacia delante y la izquierda no gira o bien la llanta derecha gira hacia atrás mientras la otra permanece fija.

Girar a la Izquierda sobre su propio eje. La derecha va hacia adelante y la otra hacia atrás.


Movimiento de los brazos

El robot tiene la capacidad de levantar o bajar de forma independiente sus brazos. Cuenta con un sistema que utiliza un engrane sinfín y un engrane corona, éste último hace mover una palanca en cuyo extremo ha sido asegurado la parte superior del brazo, así el motor siempre gira en el mismo sentido y la longitud de las palancas determina el punto en el cual el brazo deja de subir para empezar a bajar y de la misma forma el punto donde el brazo termina de bajar para empezar a subir. En la figura que tenemos a continuación presentamos un esbozo del sistema descrito.


















Movimiento de la cabeza.
En la figura de la derecha presentamos un bosquejo del sistema que hace que el robot mueva la cabeza de un lado a otro, de manera semejante al movimiento que hacemos cuando decimos “no”.

Se puede observar que tenemos un motor que mueve una palanca que, mediante otra palanca, hace que se mueva la base en que se coloca la cabeza, de esta manera, este juego de palancas determina el ángulo en que puede moverse la base de la cabeza y el motor sólo tiene que girar en un único sentido.






En la figura de la dercha hemos bosquejad











7 ESTRUCTURA DE CONTROL

El robot puede ser controlado mediante programas que se graban en la memoria de una Unidad de Microcontrol o bien de manera remota utilizando un radio control del tipo de los que se utilizan para volar aeromodelos.

El micontrolador requiere el uso de lenguaje ensamblador para establecer una rutina de movimientos que el robot estará repitiendo sin intervención de algún usuario. Este sistema aún está siendo evaluado en cuanto a sus ventajas y desventajas.


de potencia, conectadas en cascada, para manejar los niveles de voltaje y corriente que se necesitan para activar los motores que harán que el robot realice las funciones que ya hemos mencionado.

En la figura que se presenta a la derecha vemos el tipo de Radio-Control que estamos utilizando.

El sistema de Radio – Control posee un conjunto de servomecanismos que son activados por el receptor con ellos podemos abrir y cerrar interruptores, así que hemos diseñado una tarjeta electrónica para tomar las señales de los interruptores manejados por los servomecanismos y convertirlas en niveles de voltaje para circuitos lógicos de TTL, las salidas de estos circuitos tienen codificadas las instrucciones para las funciones del robot, existen además, dos etapas

8 CONCLUSIONES

La Robótica Pedagógica motiva el trabajo de los investigadores que desean apoyarse en la tecnología para apoyar el Proceso de Enseñanza – Aprendizaje es por ello que en la UAM estamos trabajando en el desarrollo de sistemas como el que aquí hemos presentado. El prototipo que tenemos se encuentra en un proceso de mejora continua pues consideramos que todos los sistemas que lo integran son perfectibles.

Los resultados han sido sumamente alentadores pues los alumnos de la UAM están empezando a participar, con gran entusiasmo, en este proyecto pues consideran que pueden aprender mucho al involucrarse en este tipo de desarrollos tecnológicos y, por otro lado, el prototipo se ha presentado en diferentes eventos de promoción de la Universidad y recientemente se ha estado presentando en dos programas de televisión que se transmite para el sur de los Estados Unidos y Latinoamérica.

Existen proyectos en la UAM, como los desarrollos de agentes inteligentes que podrían ser integrados a nuestro prototipo para hacerlo mucho más interesante.

9 BIBLIOGRAFÏA

1] Vivet, M. y Nonnon, P. (1989) “Actes du Premier Congrès Francophone de Robotique Pédagogique” Université Du Maine. Le Mans, Francia.

[2] Vivet, M. y Nonnon, P. (1990) “Robotique Pédagogique Les Actes du IIe Congrès International” Université de Montreal, Montreal Canadá.

[3] Ruíz Velasco, E. (1991). “Robotica Pedagógica Memoria de la 3a Conferencia Internacional” UNAM, Ciudad de México.

[4] Cohen, J. (1969) “Los Robots en el Mito y en la Ciencia” Grijalbo S.A.México.

[5] Pawson, R. (1986). “El Libro del Robot” Gustavo Gili, S.A. Barcelona, España.

[6] McCloy, D. y Harris, M. (1993) “Robótica, una introducción”., Editorial Limusa, México

[7] HC-11 Reference Manual Motorola