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Andrés Mejías Borrero
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Aportaciones a los Laboratorios Remotos en los Estudios de Ingeniería.Interacción de Elementos Virtuales y Reales mediante Realidad Aumentado: el
Laboratorio Remoto Aumentado
La Tesis se sitúa en la línea de investigación dedicada a la Educación en Ingeniería dentro del Grupo de Investigación Control yRobótica (TEP 192).
El laboratorio Remoto Aumentado que propone esta Tesis se define como un sistema de interacción, dentro del esquema deexperimentación remota definida en la línea de investigación reseñada.
Ubicación de la Tesis y Concepto de Laboratorio Remoto Aumentado
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Laboratorio Remoto Aumentado
Explorar las posibilidades de las técnicas de Realidad Aumentada (RA) en laexperimentación remota.
Motivar al alumno minimizando la sensación de falta de contacto directo deéste con el material de experimentación.
Incorporar prácticas de laboratorio tradicionalmente realizadas sólo de formapresencial al laboratorio remoto mediante técnicas de RA.
Desligar la labor docente de la de desarrollo para motivar al profesor autilizar el laboratorio remoto.
Objetivos de la Tesis
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Laboratorio Remoto Aumentado
El LRA aplicado a la enseñanza de laIngeniería
Para demostrar sus capacidades, se desarrollaron inicialmente tres tiposde prácticas de laboratorio con características y problemáticadiferente:
Laboratorio Remoto Aumentado para el diseño digital basado enVHDL (Very High Speed Integrated Circuits - Hardware DescriptionLanguage).
Laboratorio Remoto Aumentado para el diseño digital basado enconexión de circuitos integrados.
Laboratorio Remoto Aumentado para robótica móvil.
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
La enseñanza del diseño digital moderno para el ingeniero está sustentada por los lenguajes dedescripción de hardware, como por ejemplo VHDL o Verilog.
El desarrollo curricular de esta materia se complementa en el laboratorio con montajes de sistemasbasados en circuitos integrados de baja y media escala de integración.
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
Sistema experimental en el laboratorio
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
Diseño e implementación usando el LRA: similar al laboratorio presencial.
Síntesis
Simulación
Programación
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
Imagen captada por la cámara situada en el laboratorio Imagen que ve el alumno trabajando con el LRA
Flujo de vídeo desde el laboratorio y aplicación para el LRA
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
Control de modelos virtuales desde hardware
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El LRA aplicado a la enseñanza del diseñodigital basado en FPGAs
Generación automática de aplicaciones para el LRA (Diseño digital basado en VHDL)
El profesor sólo tiene que proporcionar datos de configuración, el generador construye la aplicación del LRA completa para el alumno.
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El LRA para el diseño digital basado enconexión de circuitos integrados
Un ejemplo de panel didáctico de laboratorio para las prácticas básicas de diseño digital
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El LRA para el diseño digital basado enconexión de circuitos integrados
Sistema experimental en el laboratorio
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El LRA para el diseño digital basado enconexión de circuitos integrados
La aplicación del LRA desde el punto de vista del alumno
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El LRA para el diseño digital basado enconexión de circuitos integrados
Detección de errores de conexión
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El LRA para Robótica Móvil
Sensores y cuerpo virtuales del robot
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Líneas de trabajo que se han llevado a cabo
1. Integrar el sistema de interacción en el LMS (Moodle), usando como framework para desarrollarlo Easy JavaSimulations (EJS).
2. Dotar a esta herramienta de módulos (Elements) que añaden las funcionalidades necesarias para realizarlaboratorios remotos fácilmente:
• Acceso a hardware de bajo coste (Arduino, Phidgets)• Sistema completo de Realidad Aumentada.• Cliente del Sistema de comunicaciones SARLAB
que gestiona el acceso al laboratorio remoto.• Otras funcionalidades (ModBus).
3. Diseño de sistemas de control remoto de la alimentación eléctricadel laboratorio (mayor eficiencia energética).
Desarrollo actual del LRA
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1. Diseño de Sistemas Digitales mediante VHDL en FPGAs
Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
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Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
2. Ensayos en Máquinas Eléctricas
Determinación del modelo lineal de lamáquina síncrona mediante losensayos de vacío y de cortocircuito.
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3. Autómata Industrial con planta de laboratorio (I)
Podemos enriquecer las prácticasremotas mediante el uso de laRealidad Aumentada.
Prácticas en autómata industrial conplanta de laboratorio real.
Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
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Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
3. Autómata Industrial con planta de laboratorio (II)
La práctica es ahora el diseño de unaparte de una planta embotelladora,concretamente la colocación deltapón y de la etiqueta.
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3. Autómata Industrial con planta de laboratorio (III)
Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
El alumno puede visualizar elfuncionamiento que debe programaren el autómata.
El tamaño, localización yperspectiva de los objetostridimensionales son calculadosautomáticamente por el sistema deRealidad Aumentada.
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4. Ajuste de un controlador PID para control de velocidad/posición
Ejemplos de prácticas de laboratorio con el LRA
En esta práctica el alumnodebe usar diferentesmétodos para ajustar elcontrolador PID.
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