2 Robótica Educativa con Arduino,

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...