KIT DE ROBOTICA COMO MATERIAL DE APOYO PARA EL AREA

Transcripción

KIT DE ROBOTICA COMO MATERIAL DE APOYO PARA EL AREA DE
TECNOLOGIA E INFORMATICA EN EL CICLO V
AUTOR
WILSON FERNEY MOLANO GARCIA
DIRECTOR
JIMMY WILLIAM RAMIREZ CANO
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
LICENCIATURA EN ELECTRÓNICA
Bogotá D.C
2013
1
Nota de aceptación
____________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________
Presidente del Jurado
_____________________________
Jurado1
_____________________________
Jurado 2
_____________________________
Nota obtenida ______
NOVIEMBRE DE 2013
2
AGRADECIMIENTOS
Por la presente tesis me gustaría agradecerle a Dios por bendecirme y
permitir llegar a culminar esta meta tan larga y difícil en mi vida.
A la UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL por darme la oportunidad
de estudiar y ser mejor profesionales en todos los ámbitos en los que me
desenvuelvo.
También me gustaría agradecer a nuestros profesores durante todo el
proceso de formación que me aportaron tanto académicamente como moralmente.
Y finalmente pero no menos importante a mis padres, hermanos y todos los
seres queridos que desean que triunfe todos los días.
Atentamente.
WILSON FERNEY MOLANO GARCIA
3
RESUMEN ANALÍTICO EN EDUCACIÓN - RAE
Información General
Tipo de documento
Trabajo de grado
Acceso al documento
Universidad Pedagógica Nacional. Biblioteca Central
Titulo del documento
Kit de robótica como material de apoyo al área de Tecnología e
Informática para el ciclo V
Autor(es)
Molano García, Wilson Ferney
Director
Ramírez Cano, Jimmy William
Publicación
Bogotá. Universidad Pedagógica Nacional. 2013, 43 p.
Unidad Patrocinante
Universidad Pedagógica Nacional
Palabras Claves
Robótica, Educación, Ciclos Educativos, Material Didáctico
1. Descripción
Robot programable con extremidades (patas) que tiene como fin realizar su desplazamiento
por medio de órdenes de orientación y un módulo seguidor de luz. Posee dos motores de
corriente directa, que por medio de un sistema de rueda de fricción y un mecanismo de bielamanivela transmiten el movimiento a las extremidades. También cuenta con una tarjeta de
control la cual tiene, que le permiten programar y controlar el comportamiento del robot.
Este tipo de robot se conoce como programable.
2. Fuentes






Gómez, I. L. (2013). Manual De Convivencia 2013. Bogotá D.C.
Legua, M. G. (Julio de 2011). Seminario Internacional, Tecnologías de la Información
y
las
Comunicaciones
aplicadas
a
la
Educación.
Obtenido
de
http://www.perueduca.edu.pe/oei/pdf/robotica-educativa.pdf
Ministerio de Educación Nacional. (1994). La Ley 115. Bogotá: Avance Jurídico.
Ministerio de Educación Nacional. (2006). Orientaciones Generales En Educación en
Tecnología. Bogotá: Artes Gráficas de Humanidades, Universidad del Valle.
Ministerio de Educación Nacional. (8 de Diciembre de 2013). Lineamientos Curriculares.
Obtenido de http://www.mineducacion.gov.co/1621/article-80860.html
Negocios, I. y. (9 de Diciembre de 2013). MORFOLOGIA ROBOTICA. Obtenido de
4

http://www.industriaynegocios.cl/academicos/alexanderborger/docts%20docencia/se
minario%20de%20aut/trabajos/2004/rob%C3%B3tica/seminario%202004%20robotica
/seminario_robotica/documentos/morfolog%C3%8Da%20del%20robot.htm
Universidad Pedagógica Nacional. (11 de Noviembre de 2013). Universidad Pedagógica
Nacional. Obtenido de www.pedagogica.edu.co
3. Contenidos
Introducción: Espacio donde se hace una mirada de la organización y orientación de la temática
a trabajar y problemática a solucionar.
Planteamiento del problema: Explicación y descripción de la problemática del proyecto de forma
corta. Se habla de una propuesta innovadora de material didáctico en el área de tecnología e
informática.
Delimitación del problema: Son los alcances que tiene la propuesta, tipo de población, tiempo,
acá se plantea una delimitación frente aspectos establecidos por el MEN para este ciclo como lo
son las competencias y desempeños para este nivel.
Justificación: Se postulan las razones que le dieron origen a la propuesta del trabajo. Se explica
las razones de la importancia de educar por medio de un kit de robótica.
Objetivos:
Objetivo General:



Elaborar material didáctico para la enseñanza de la robótica en el área de Tecnología e
Informática para el ciclo V.
Objetivos Específicos:
Diseñar y construir un kit que permita ser usado como material de apoyo en el área de
Tecnología e Informática.
Diseñar guías de trabajo que se convierta en apoyo al kit construido.
Marco teórico: Son los conceptos relacionados con la propuesta, para este trabajo se toma como
referencias la ley general de educación 115 de 1994, Las orientaciones generales en educación
en tecnología, Guía 30 y documentos relacionados con la educación en robótica educativa.
Antecedentes: Eventos históricos previos a la investigación que son relacionados con el tema,
tomando como aspectos fundamentales proyectos en robótica escolar a nivel mundial.
Metodología: Los pasos a seguir para el buen desarrollo del proyecto, para esta propuesta se
trabaja una metodología proyectiva, la cual se encarga en la intensión y construcción de un
elemento tangible.
Resultados: Son el punto final de la propuesta y en este se ve que los objetivos se cumplieron de
5
manera total. Se muestra el prototipo elaborado desde su parte mecánica como electrónica.
4. Metodología
Se propone una metodología proyectiva que se encarga de la construcción de un kit de robótica,
para esto se propone una fase descripción donde se indaga de políticas de educación en el área
de tecnología e informática, el contexto donde puede llegar a ser aplicado y los desempeños a
fortalecer en los estudiantes de ciclo V.
Una segunda etapa consiste en hacer una comparación de los distintos prototipos realizados y
sus mejoras para presentar el producto final.
Una última etapa de resultados donde por medio de diseños mecánicos y electrónicos se ve
reflejado los resultados finales acordes con los objetivos propuestos.
5. Conclusiones




Se desarrolló un material didáctico para la enseñanza de la robótica en el área de
Tecnología e Informática para el ciclo V.
Se diseñó y construyó un prototipo que permitió ser usado como material de apoyo en el
área de Tecnología e Informática.
Se diseñó guías de trabajo como apoyo a la propuesta construida.
El desarrollo de esta propuesta requiere un trabajo arduo y constante, ya que no basta
con construir un prototipo en la parte de ingeniería; sino que además articularlo como una
herramienta didáctica es complicado en la realidad del maestro Colombiano.
Elaborado por:
Wilson Ferney Molano García
Revisado por:
Ramírez Cano, Jimmy William
Fecha de elaboración del
Resumen:
11
12
6
2013
TABLA DE CONTENIDOS
Contenido
TABLA DE CONTENIDOS ...................................................................................................................... 4
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 8
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 10
3.
DELIMITACION DE LA PROPUESTA ............................................................................................ 12
4.
JUSTIFICACIÓN........................................................................................................................... 14
5.
OBJETIVOS ................................................................................................................................. 15
5.1 General .................................................................................................................................. 15
5.2 Objetivos específicos .......................................................................................................... 15
5
MARCO TEORICO ....................................................................................................................... 16
5.1 CONCEPTOS CLAVES PARA EL DESARROLLO DEL TRABAJO .................................................... 25
6
ANTECEDENTES ......................................................................................................................... 27
7
METODOLOGIA.......................................................................................................................... 29
8
DESARROLLO DEL TRABAJO....................................................................................................... 34
Esquema electrónico de hexápodo 1 ............................................................................................ 34
Esquema Electrónico Seguidor 1 ................................................................................................... 35
Planos 2D 1 .................................................................................................................................... 36
Planos 2D 2 .................................................................................................................................... 36
9
RESULTADOS ............................................................................................................................. 37
Apariencia final 3D 1 ..................................................................................................................... 37
Isométrico 3D Araña 1 ................................................................................................................... 37
10. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 42
11.
Bibliografía ............................................................................................................................ 43
7
1. INTRODUCCIÓN
Este trabajo esta enfoca a utilizar algunos elementos básicos que puedan
ser utilizados como parte de un proyecto de educación en robótica. Se espera que
el trabajo realizado a continuación pueda llegar a fortalecer aspectos importantes
de la Tecnología e Informática en las aulas de clase, para la aplicación de esta
propuesta se tomó como base el P.E.I de la Institución Educativa Laureano
Gómez de la cuidad de Bogotá, con énfasis en electrónica y diseño tecnológico.
Se propone un kit de robótica como base para el trabajo en el aula, que
esta compuesto por guías de trabajo para el docente, partes mecánicas y partes
electrónicas.
La iniciativa se enfoca en los estudiantes de ciclo 5, en donde se busca
mejorar habilidades para ser competentes en la vida laboral, profesional y
personal.
El documento se compone de cuatro etapas necesarias para la
comprensión y aplicación de la propuesta, las cuales fueron, la caracterización de
las políticas de educación y articulación con las mallas curriculares, diseño de una
estructura mecánica y electrónica y realización de guías de trabajo.
En la primera etapa se realizaron búsquedas de información relacionada
con la parte política y legal del área de Tecnología e Informática, esto con el
objetivo de que esta propuesta fuera acorde a las directrices que el Ministerio de
Educación establece. Por esta razón se toma como referencia Las Orientaciones
8
Generales En Educación En Tecnología (Ministerio de Educación Nacional,
versión 06, septiembre del 2006), para darle coherencia y fortalecer esta
propuesta de trabajo de grado.
En un segundo momento se empieza el desarrollo del trabajo de grado
buscando dar solución al problema que se abordó inicialmente. Se toma la
decisión de realizar este trabajo por medio de la metodología proyectiva (Barrera,
2008).
La tercera etapa se realizaron los diseños, ensambles y planos de la
estructura mecánica por medio de SOLIDE EGDE® ST5 Versión Académica, que
es un software de modelamiento CAD (Diseño Asistido por Computador). Además
de la parte mecánica se realizaron simulaciones, diseños y baquelitas electrónicas
acordes con la estructura sugerida en la parte mecánica. Para la parte electrónica
se utilizaron los software Proteus 7.7®, MPLAB 8.36®, CCS Versión 4®.
Posteriormente a lo descrito en el párrafo anterior se realizó el ajuste entre
lo electrónico, lo mecánico y la parte de programación para tener como resultado
un prototipo robótico, junto con lo anterior se desarrollando guías utilizando los
software de desarrollo electrónico y mecánico junto de edición de texto e imagen
de Microsoft. Luego de esto se construyen guías de trabajo elaboradas para el
docente.
9
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La Universidad Pedagógica Nacional es “Reconocida como la institución
universitaria del Estado y de la sociedad colombiana que, interpretando los
profundos cambios del entorno nacional e internacional, responde con
propuestas e innovaciones al desarrollo y transformación de la educación,
aportando al nuevo Proyecto Político Pedagógico para la educación
colombiana.” (Universidad Pedagogica Nacional, 2013), y más el departamento
de tecnología que es el encargado de promover docentes capaces de ejercer
su labor en el área de Tecnología e Informática.
En la actualidad encontramos materiales o kits de apoyo para la
formación en Tecnología e Informática, que permiten fortalecer habilidades y
conocimientos en los estudiantes, así como lo plantea el siguiente autor “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.” (Legua, 2011)
Para abordar esta propuesta se evidenció que en algunos colegios
distritales se trabaja con material didáctico en robótica como los son los
CRICKET®, LEGO®, ARDUINO®. En donde oportunidades los maestro tenían
dificultades en el manejo y organización de este material dentro del aula de
10
clase; Dadas estas condiciones particulares se buscó desarrollar con esta
propuesta una alternativa diferente que está completamente contextualizada al
trabajo que se ve dentro de las aulas en Bogotá DC.
11
3. DELIMITACION DE LA PROPUESTA
Este trabajo está definido para ser ejecutado en estudiantes de básica
secundaria que se encuentren cursando ciclo V en la Institución Educativa
Laureano Gómez, dentro de su espacio académico formal.
Las competencias y desempeños que busca fortalecer la iniciativa son:
1. Describir cómo los procesos de innovación, investigación, desarrollo y
experimentación guiados por objetivos, producen avances tecnológicos.
2. Relacionar el desarrollo tecnológico con los avances en la ciencia, la
técnica y las matemáticas.
3. Analizar sistemas de control basados en realimentación en artefactos y
procesos, y explico su funcionamiento y efecto.
4. Explicar con ejemplos la importancia de la calidad en la producción de
artefactos tecnológicos.
5. Utilizar adecuadamente herramientas informáticas de uso común para la
búsqueda procesamiento de información y la comunicación de ideas.
6. Utilizar e interpretar manuales, instrucciones, diagramas, esquemas, para el
montaje de algunos artefactos dispositivos y sistemas tecnológicos.
7. Utilizar herramientas y equipos en la construcción de modelos, maquetas o
prototipos, aplicando normas de seguridad.
8. Trabajar en equipo en la realización de proyectos tecnológicos,
involucrando herramientas tecnológicas de comunicación.
9. Analizar proyectos tecnológicos en desarrollo y debato, en mi comunidad, el
impacto de su posible implementación.
10. Interpretar y representar ideas sobre diseños, innovaciones o protocolos de
experimentos mediante el uso de registros, textos diagramas, figuras,
planos constructivos, maquetas, modelos y prototipos, empleando para ello,
cuando sea posible, herramientas informáticas.
Estos desempeños fueron los escogidos y evaluados para poder llegar a
ser para la aplicación del kit en las aulas de clase.
Los 10 ítems anteriores fueron tomados del documento del MEN (Ministerio de
Educación Nacional), Orientaciones Generales Para Educación en Tecnología
(Ministerio de Educación Nacional, Orientaciones Generales En Educación en
12
Tecnología, 2006), y está directamente relacionado con los objetivos de este
trabajo.
13
4. JUSTIFICACIÓN
La importancia del trabajo a desarrollar, centra su atención sobre elementos
tangibles tales, dando apoyo y respuesta a necesidades propias como:

El Ministerio de Educación Nacional establece que el área de
tecnología e informática es
fundamental para la formación académica de los
estudiantes en Colombia.

Las orientaciones generales en tecnología permiten al docente tener
un referente que le ayude a guiar y satisfacer procesos intelectuales, sociales,
políticos del estudiante por medio de la tecnología. (Ley General de educación 115
de 1994, de Colombia), estas traen cuatro componentes que el ministerio cree
importantes y convenientes para la formación integral del estudiante en Colombia,
los cuales son Naturaleza de la tecnología, Apropiación de uso de la tecnología,
Solución de problemas con tecnología y Tecnología y sociedad.

Este proyecto da la posibilidad que a través de un tópico generador
en este caso el material de robótica permite abarcar diferentes áreas del
conocimiento entre las que tenemos Matemáticas, Física, Química, Humanidades,
Lenguas Extranjeras, Artística, Ética, que involucran al estudiante al desarrollo de
actividades dentro del aula.

El material didáctico se diseñará
para
ayudar al estudiante a
alcanzar las competencias y desempeños nombrados en la delimitación del
problema.
14
5. OBJETIVOS
5.1 General
 Elaborar material didáctico para la enseñanza de la robótica en el área
de Tecnología e Informática para el ciclo V.
5.2 Objetivos específicos
 Diseñar y construir un kit que permita ser usado como material de
apoyo en el área de Tecnología e Informática.

Diseñar guías de trabajo que se convierta en apoyo al kit construido.
15
5 MARCO TEORICO
Para el desarrollo de este trabajo de grado se tuvieron en cuenta
aspectos teóricos fundamentales como lo son los siguientes: La ley general de
Educación, Orientaciones Generales de Educación en Tecnología y conceptos
claves para el desarrollo del trabajo que a continuación se describirán.
Ley General de Educación 115 (Ministerio de Educación Nacional, La
Ley 115 , 1994) tiene sus bases en la LOGSE (Ley de Ordenación General del
Sistema Educativo), elaborada en España y puesta en marcha en 1990. En ella
se introduce el concepto de Diseño Curricular Base (DBC), que en Colombia es
asumido desde la redacción de los Lineamientos Generales de los Procesos
Curriculares, elaborados por profesionales del MEN (Santa Fe de Bogotá D.C.
1994). Así mismo la Ley 115 incorpora el concepto de los Proyectos
Educativos de Centro a través de los PEI1, sustentados en la Autonomía
Escolar contemplada en el Artículo 77. Para el caso de la Educación en
Tecnología, pueden tomarse como referentes concretos los siguientes:
a. “Artículo 5. Fines de la educación - Numerales 9 y 13.
b. Artículo 20. Objetivos generales de la Educación Básica - Literales a
y c.
c. Artículo 22. Objetivos específicos de la Educación Básica en el ciclo
de secundaria - Literales c y g.
d. Artículo 23. Áreas obligatorias y fundamentales.
1
Proyecto Educativo Institucional
16
e. Artículo 31. Áreas fundamentales de la educación media académica.
f. Artículo 32. Educación Media Técnica.” (Orientaciones para la
creación de una política distrital para la educación en tecnología.
SED Bogotá, página 50)
En los citados artículos se determina la necesidad de fortalecer, a través
del sistema educativo, el avance científico y tecnológico como condición para el
mejoramiento de la calidad de vida de la población.
Con base a esto la ley general aporta a este trabajo la capacidad crear,
investigar y adoptar tecnología como parte de la formación general básica, con
miras a la vinculación con la sociedad y el trabajo, siendo un aspecto inherente a
la vida cotidiana que debe ser promovido y fundamentado desde la educación
primaria hasta la universidad y más allá de ella como un aprendizaje constante y
autónomo.
Las Orientaciones Generales en Educación En Tecnología, muestra la
forma como se proyecta la tecnología en nuestro país y la manera en cómo se
relaciona con la ciencia, la informática, el diseño, la innovación y la técnica. Se
propone una propuesta estructurada para el área de Tecnología e Informática que
logrará una calidad educativa partiendo desde los lineamientos “Son las
orientaciones epistemológicas, pedagógicas y curriculares que define el MEN con
el apoyo de la comunidad académica educativa para apoyar el proceso de
fundamentación y planeación de las áreas obligatorias y fundamentales definidas
por la Ley General de Educación en su artículo 23” (Ministerio de Educación
Nacional, 2013) como un criterio que toda la comunidad debe conocer y que
17
permitirá al estudiante cumplir con unas expectativas sociales y de calidad para la
sociedad.
La imagen de Estructura Competencias y Desempeños se ve la
organización propuesta por el MEN. En ella claramente se ve la organización
académica propuestas para el área.
Estructura Competencias y Desempeños 1
El ministerio desde las orientaciones (Ministerio de Educación Nacional,
Orientaciones Generales En Educación en Tecnología, 2006) propone cuatro
componentes estandarizados
siendo elementos articulados en el ámbito
educativo, permitiendo que el trabajo orientado en el aula fortalezca el
conocimiento en los estudiantes de manera progresivo.
La imagen de Organización de los componentes ilustra los aspectos que
son los ejes fundamentales para proponer los desempeños que deben tener los
estudiantes en el área de Tecnología e Informática.
Organización de los Componentes 1
18
Para este nuevo documento se organizaron de los lineamientos con el fin,
de hacer inclusión de espacios tales como la naturaleza de la Tecnología, la
apropiación y uso de la tecnología, solución de problemas con tecnología y
tecnología y sociedad, que posteriormente se conviertan en ejes transversales a
cualquier área del conocimiento.
Las
Competencias
son
un
conjunto
de
habilidades,
actitudes
y
disposiciones cognitivas y meta-cognitivas, socio afectivas relacionadas entre sí y
que ayudan a desarrollar y facilitar el desempeño en trabajos de cierto contexto
relativamente nuevo y retador. Los Desempeños ayudan al docente a identificar el
avance que el estudiante ha alcanzado y valorar las competencias. Estos
contienen elementos, conocimientos, acciones, destrezas o actitudes deseables
para alcanzar la competencia propuesta.
19
Dado que este trabajo se basa en fortalecer algunas competencias y
desempeños para el ciclo V, a continuación se mostrará la estructura propuesta
por el MEN para este nivel, de este contenido se clasificaron
desempeños que permitirán ser fortalecidos por medio de la propuesta.
Competencias y desempeños ciclo V 1
20
algunos
21
22
Las imagenes anteriores, ilustran las competencias y desempeños para el
area de Tecnologia e Informatica, se seleccionaron algunos desempeños de estos
23
que podrian llegar a fortalecerse con el material didactico los cuales fueron
mencionados en la delimitación del trabajo.
La institución educativa en la que se aplicará este kit, es una institución
técnica con formación en electrónica y mecánica, que permite abordar conceptos
académicos, con el fin de fortalecer las habilidades de los estudiantes. El colegio
IED Laureano Gómez está caracterizado en formación técnica, “Es una institución
pública distrital, cuyo carácter de bachillerato técnico, está determinado por su
plan de estudios que lo diferencia ampliamente de las modalidades educativas
establecidas en la ley 115 general de educación.” (Gómez, 2013).
En la actualidad ofrece tres especialidades de formación técnica, que serán
abordadas por un proceso de motivación en el ciclo 1(Grados 0, 1 y 2), de
ambientación en el ciclo 2 (grados 3, 4 y5), de exploración en el ciclo 3 (Grados 6
y 7), de profundización en el ciclo 4 (grados 8 y 9) y de especialización en el ciclo
5 (Grados 10 y 11). A partir del grado noveno se decide la opción en la que quiere
especializarse para obtener el título de bachiller técnico en las distintas
modalidades:
Mecánica
Industrial,
Electricidad
arquitectónico.
24
y
electrónica
y
Diseño
5.1 CONCEPTOS CLAVES PARA EL DESARROLLO DEL TRABAJO
La robótica permite abarcar temas importantes y relevantes en la formación
educativa de la electrónica, mecánica y programación. La implementación de
conocimientos de la robótica permite utilizar y articular elementos y conceptos
claves para la formación educativa de los estudiantes como lo son: Protoboard,
Multímetro, PCB´s, mecánica, electrónica, microcontroladores,
El equilibrio es la eliminación reciproca de las fuerzas actuadoras inertes en
los cuerpos, en esta propuesta se ve reflejado en los polígonos de sustentación
que se generan en el movimiento de las extremidades del hexápodo para que este
no se caiga, debe hacer contacto por lo menos tres puntos sobre la superficie
generando una figura triangular; a más puntos de contacto sobre la superficie el
prototipo tendrá mejor equilibrio.
La estructura es la distribución de partes de los cuerpos u objetos. Aquí se
aplica en un prototipo móvil de seis extremidades elaborado en material MDF
(Medium Density Fiberboard).
La morfología robótica “Está constituida por una serie de elementos o
eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo
entre cada dos eslabones consecutivos.” (Negocios, 2013). Este prototipo es
zoomórfico (Forma de un animal), ya que asemeja movimiento de animales.
Los mecanismos de transmisión y transformación de movimiento son
aquellos de permiten modificar fuerzas y/o velocidades de los cuerpos u objetos,
en este caso particular sobre un mecanismo biela-manivela cae todo el peso de la
25
transmisión del movimiento, ya que este junto con una combinación de
mecanismos de barras y palancas transmite el movimiento a las seis
extremidades.
“Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función
es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico.” (C.,
2013); Para esta propuesta se encuentra implementado en los motores DC que
transmiten la potencia en una rueda de fricción que está conectada a la biela
manivela.
La programación es la organización lógica por medio de un lenguaje, en
este caso C para PIC’s.
26
6 ANTECEDENTES
En Qatar Foundation (M. Bernardine Dias, Brett Browning, G. Ayorkor MillsTettey, and Nathan Amanquah, 2002) situado a las afueras Doha, Qatar se realizó
una implementación relevante para la educación en los campos de tecnología,
incluyendo la robótica. En este existieron limitaciones para el acceso de equipos,
de la infraestructura y las herramientas necesarias para proyectos de robótica.
Antes de comenzar estos proyectos, los docentes impartieron unos cursos
de introducción en programación en java, robótica matemáticas para fortalecer
conceptos en la implementación de aspectos teóricos y prácticos.
Este articulo muestra las experiencias en la parte educativa de la robótica
en Qatar y Ghana donde se vio que la robótica es una herramienta educativa
única para inspirar a los estudiantes y motivarlos a ser técnicamente creativos.
En esta iniciativa se trabajó en la mejora de los cursos en varias
dimensiones. Hardware, Robótica, y software utilizados en el curso de Qatar que
fue importante para los estudiantes, tanto así que mejoraron el código y el
prototipo haciendo que este fuera más complejo y robusto disminuyendo las fallas.
En la medida de la construcción de la propuesta se evidencio que los
prototipos desarrollados eran susceptibles a mejoras y que a pesar que este
trabajo fue aprobado para optar al título de licenciado en electrónica requiere
ajustes significativos en la parte de ingeniería y en la parte pedagógica-didáctica.
27
A mediados de los años 1980, la tecnología de LEGO / Logo, (Methods,
2009) el primero en construir un kit de robótica que apareció combinando el LEGO
con el lenguaje de programación logo. En este proceso los niños construyen
máquinas con piezas de LEGO, utilizando el programador y piezas nuevas como
engranajes, motores y sensores.
Para el desarrollo de trabajo fue una inspiración este tipo de tecnología y
por eso de desarrollo una propuesta similar para el contexto colombiano.
28
7 METODOLOGIA
Se quiere realizar un kit de robótica como material de apoyo para el ciclo V,
esta propuesta se enmarca en una metodología proyectiva, se caracteriza por
creación y elaboración de un modelo, con el fin de solucionar una necesidad
práctica en un grupo social, de un área geográfica, de una institución o de algún
área del conocimiento.
Para la construcción de esta propuesta se caracterizó un contexto
académico donde se podría ser implementado, identificando una institución
Educativa con énfasis en Electrónica y Mecánica. Se reconoce que las
condiciones que brinda este colegio permite el desarrollo del material didáctico,
haciendo articulación curricular y de lineamientos establecidos por el MEN para el
ciclo V.
Se basó en la metodología proyectiva, ya que se trababa del diseño y
construcción de un artefacto, iniciando las simulaciones electrónicas, mecánicas y
de programación de la propuesta.
Posteriormente se construyeron algunos prototipos artesanales buscando
un óptimo resultado final, para esto se realizaron tres estructuras mecánicas
previas, dos PCB’s y 10 programas.
Después de hacer varios intentos se llegó al prototipo deseado, sin
embargo aún se pueden hacer mejoras tanto en la parte mecánica, electrónica y
de programación.
29
Finalmente se logró la ejecución de los objetivos que se plantearon en esta
propuesta que consistió en el desarrollo del material didáctico en su totalidad,
cumpliendo desde lo pedagógico y de ingeniería.
En una fase de comparación se realizaron unos modelos iniciales en la
parte electrónica y mecánica, los cuales no llenaban las expectativas de la
propuesta, por esta razón se realizó un modelo inicial en balso que al colocar los
circuitos electrónicos sobre este el peso que se generaba no permitía el
movimiento de la estructura de forma adecuadas generando rupturas y mal
funcionamiento de este. De la misma manera no se tuvo en cuenta el tamaño de la
estructura y se realizaron baquelitas muy grandes para este prototipo.
A continuación se mostrará el diseño de la estructura inicialmente:
30
31
Después de estos prototipos iniciales y de identificar varias deficiencias se
llegaron a elaboración de los modelos finales. No solo se trabajó en la parte de
ingeniería sino que además se buscó la articulación de la parte didáctica
pedagógica de la propuesta; así que de la mano se realizaron guías de trabajo
para el maestro. (La guía se encuentra en el anexo).
Debido a lo anterior se toma como referencia el documento ¿Cómo hacer
guías didácticas? (Arauco, 2001), como propuesta para el docente en la
organización de las temáticas a trabajar, teniendo como aspectos fundamentales:
Instrucciones generales, Forma de trabajo, Tiempo, Sugerencia de materiales que
pueden utilizar y Actividades con instrucciones específicas de los pasos a seguir.
Con estas guías se desean fortalecer algunos desempeños y competencias
32
mencionados en la delimitación del problema. Estas guías se encuentran en los
anexos del documento.
Junto con la parte electrónica y mecánica se trabajó de manera constante
en la mejora del programa para el prototipo ya que, inicialmente solo se pensó en
las rutinas programables, sin embargo, durante la construcción de la propuesta se
implementó un código adicional que le permite al prototipo identificar la mayor
fuente de luz de su entorno y dirigirse hacia ella. Estos códigos se encuentran en
los anexos del documento.
La prueba piloto se aplicará a una muestra de 30 estudiantes de decimo y
once (ciclo V) escogidos aleatoriamente, que se realizará posteriormente por la
compañera de licenciatura en electrónica Norma Constanza Gaitán Beltrán, ya que
los objetivos del trabajo llegan hasta la creación de guías de trabajo y construcción
del prototipo.
33
8 DESARROLLO DEL TRABAJO
Para el desarrollo final de esta propuesta se trabajaron tres modelos de
baquelita, una que se denominó cerebro (Impreso con Microcontrolador), una
segunda con pulsadores (Permite dar rutinas de programación) y una tercera que
se denominó seguidora (Tarjeta de fotorresistencias).
A continuación se muestran las simulaciones e imágenes de los diseños de
los PCB’s, estas imágenes fueron realizadas por el autor de esta propuestas.
Esquema electrónico de hexápodo 1
El esquema electrónico de la araña que permite el usuario programe 90
rutinas de desplazamiento, entre las que puede escoger adelante, atrás, izquierda
34
y derecha; tiendo un pulsador de ejecutar al momento que el usuario lo desee.
Cuenta con un driver L293D (Driver de potencia) que tiene la capacidad de operar
en voltaje TTL (Transistor Transistor Logic) que permite la adecuación de los
motores DC, un LCD, donde se visualiza las acciones que estan ejecutando el
prototipo.
Esquema Electrónico Seguidor 1
El esquema electrónico seguidor tiene la misma adaptación de LCD y driver
para el movimiento del prototipo, además consta de una tarjeta seguidora
realizada por acoples de fotorresistencias.
35
A continuación se muestran los planos mecánicos CAD 2D del hexápodo
los cuales, están compuestos por ruedas de fricción, una base que soporta la
estructura, seis extremidades que a su vez están unidas con palancas, dos
parales fijos, base para motor, separadores, bujes y tornillos de acople.
Planos 2D 1
Planos 2D 2
Dentro del desarrollo de la propuesta se encuentra el programa final en los
anexos.
36
9 RESULTADOS
El prototipo final tiene la apariencia que en las siguientes imágenes se
muestra:
Apariencia final 3D 1
Isométrico 3D Araña 1
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Para darle conclusión a esta etapa se crearon guías de trabajo para el
docente, que le facilite el ensamble y aplicación.
EJEMPLO GUIA DE CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO ENFOCADA AL
DOCENTE.
ARAÑA PROGRAMABLE
Guía de trabajo docente #2
Objetivo:

Ensamblar y verificar funcionamiento electrónico, con el fin, de fortalecer los
siguientes desempeños:
o El estudiante utiliza herramientas y equipos en la construcción de modelos,
maquetas o prototipos, aplicando normas de seguridad e identifica las
condiciones, especificaciones y restricciones de diseño utilizadas en una
solución tecnológica y puedo verificar su cumplimiento.
o El estudiante analiza proyectos tecnológicos en desarrollo y debato, en mi
comunidad, el impacto de su posible implementación.
o El estudiante interpreta y representa las ideas sobre diseños, innovaciones o
protocolos de experimentos mediante el uso de registros, textos diagramas,
figuras, planos constructivos, maquetas, modelos y prototipos, empleando
para ello, cuando sea posible, herramientas informáticas.
o El estudiante utiliza herramientas y equipos en la construcción de modelos,
maquetas o prototipos, aplicando normas de seguridad e Identifico las
condiciones, especificaciones y restricciones de diseño utilizadas en una
solución tecnológica y puedo verificar su cumplimiento.
o El estudiante utiliza adecuadamente herramientas informáticas de uso común
para la búsqueda procesamiento de información y la comunicación de ideas.
Temas:





Motores DC
Microcontroladores
Visualización por LCD
Soldadura
Potencia
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Subtemas:
 Polos magnéticos.
 Polarización de los motores
 Arquitecturas
 Puertos I/O
 Convertidor ADC
 Rutina e implementación LCD.
 Practica de Soldadura blanda.
 Explicación del Datasheet del L293D, enable y funcionamiento del driver.
Descripción del prototipo:
La araña programable es un sencillo robot que tiene extremidades (patas) para realizar su
desplazamiento. Posee dos motores de corriente directa, que por medio de un sistema de
rueda de fricción y un mecanismo de biela-manivela transmiten el movimiento a las patas.
También cuenta con una tarjeta de control la cual tiene que le permiten programar y
controlar el comportamiento del robot. Este tipo de robot se conoce como programable.
Herramientas para el ensamble de los PCB’s:







PCB (El maestro tiene los diseños simulados en isis y ares proteus). El docente
debe traer los impresos previamente realizados para cada grupo.
Cautín de lapicero.
Pasta para soldar.
Ayudante para soldar o tercera mano.
Tener por grupos (pinzas de punta pequeña y cortafrío pequeño).
El docente debe tener alcohol Isopropilico y un cepillo para limpiar los
impresos.
Garantizar fuentes de energía para verificar el funcionamiento electrónico del
impreso.
Materiales:
 LCD (ML016L)
 Fotoceldas
 7805
 7809
 Regletas macho y hembra sencillas.
 Porta PIC de 40 pines.
 Jack
 Soldadura
 2 metros de cable Ribon de 40 hilos.
 Quart de 40 MHZ.
 Un Microcontrolador (16F877A).
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Pasos para la construcción y ensamble del modelo mecánico:
1. Soldar los elementos en el impreso electrónico. No olvidar recordar las pautas de
trabajo con el cautín y manejo del mismo.
2. Verificar parle lógica del micro y si los voltajes están llegan de la manera adecuada
a cada uno de los terminales. (hacer esto sin colocar el PIC).
3. Conectar la parte de potencia o la tarjeta de pulsadores para garantizar las salidas de
los motores y entradas al microcontrolador.
4. Colocar motores sobre la estructura mecánica ya ensamblada, colocar tarjetas
electrónicas en lugares ilustrados en el manual de ensamble.
5. Finalmente hacer pruebas y ajustes de tiempo y potencia de los motores.
Tiempo Requerido:
Aproximadamente 10 Horas.
La otra Guía diseñada se encuentra en los anexos.
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10. CONCLUSIONES
Se desarrolló un material didáctico para la enseñanza de la robótica en el
área de Tecnología e Informática para el ciclo V.
Se diseñó y construyó un prototipo que permitío ser usado como material
de apoyo en el área de Tecnología e Informática.
Se diseñó guías de trabajo como apoyo a la propuesta construida.
El desarrollo de esta propuesta requiere un trabajo arduo y constante, ya
que no basta con construir un prototipo en la parte de ingeniería; sino que además
articularlo como una herramienta didáctica es complicado en la realidad del
maestro Colombiano.
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11. Bibliografía
Arauco, F. E. (2001). ¿Como hacer guias didacticas? Obtenido de
http://www.fundacionarauco.cl/_file/file_3881_gu%C3%ADas%20did%C3%A1ctica
s.pdf
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http://investigacionholistica.blogspot.com/2008/02/la-investigacin-proyectiva.html
C., E. V. (9 de Diciembre de 2013). Actuadores. Obtenido de
http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf
Gómez, I. L. (2013). Manual De Convivencia 2013. Bogotá D.C.
Legua, M. G. (Julio de 2011). Seminario Internacional, Tecnologías de la
Información y las Comunicaciones aplicadas a la Educación. Obtenido de
http://www.perueduca.edu.pe/oei/pdf/robotica-educativa.pdf
Ministerio de Educación Nacional. (1994). La Ley 115 . Bogotá: Avance Jurídico.
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Molano, W. Diseño Esquematico Araña Programable. Bogotá DC.
Negocios, I. y. (9 de Diciembre de 2013). MORFOLOGIA ROBOTICA. Obtenido de
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botica/seminario_robotica/documentos/morfolog%C3%8Da%20del%20robot.htm
Universidad Pedagogica Nacional. (11 de Noviembre de 2013). Universidad
Pedagogica Nacional. Obtenido de www.pedagogica.edu.co
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KIT DE ROBOTICA COMO MATERIAL DE APOYO PARA EL AREA

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