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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS
PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA
ROBÓTICA”
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTORA: MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA
TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS
PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA
ROBÓTICA
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTORA: MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA
TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN DE
LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA”
REVISORES:
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales
FECHA DE PUBLICACIÓN: 14 de Enero del 2014 N° DE PÁGS.: 160
ÁREA TEMÁTICA: Robótica
PALABRAS CLAVES: Laberinto resuelto por robot automatizado
RESUMEN: El proyecto presenta el diseño y desarrollo de un robot móvil dotado de inteligencia para cumplir con su objetivo principal, el de encontrar una solución a un laberinto. Para cumplir con dicho objetivo el robot es ensamblado con componentes que le permiten desplazarse con facilidad en el entorno que lo rodea, además de tener implementado un algoritmo que le permite tomar la mejor decisión de la ruta a seguir. La información proporcionada por los sensores montados en el robot sirve de base para que el M.E.I&T 04 la procese y con ayuda del algoritmo pueda desplazarse dentro del laberinto sin dificultades.
N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN: Nº
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO PDF SI NO
CONTACTO CON AUTORA: María José Chávez Plúa TELÉFONO: 0986820674
E-MAIL: [email protected]
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN:
Universidad de Guayaquil
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Dirección: Víctor Manuel Rendón 429 y Baquerizo Moreno, Guayaquil.
NOMBRE: Ing. Darwin Patiño
TELÉFONO: 0999112040
X
III
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “DESARROLLO E
IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN DE
LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA” elaborado por la Srta.
MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA, egresada de la Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de
Ingeniero en Sistemas, me permito declarar que luego de haber orientado,
estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
Ing. Darwin Patiño
TUTOR
IV
DEDICATORIA
“Cuando nuestros sueños se han
cumplido, es cuando comprendemos
la riqueza de nuestra imaginación y la
pobreza de la realidad.” (Ninon de
Lenclos).
Dedico este proyecto y toda mi carrera
universitaria a Dios y a mis padres. A
Dios por haberme permitido llegar
hasta este punto y haberme dado
salud para lograr mis objetivos,
además de su infinita bondad y amor.
A mis padres por ser el pilar
fundamental en todo lo que soy, tanto
académicamente, como en lo
personal, por su incondicional apoyo
perfectamente mantenido a través del
tiempo, pero más que nada, por su
amor, consejos y valores difundidos
que me han permitido ser una persona
de bien. Todo este trabajo ha sido
posible gracias a ellos.
V
AGRADECIMIENTO
Mis más amplios agradecimientos a
la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
por darme la oportunidad de estudiar
y ser una profesional. A mi tutor de
tesis el Ing. Darwin Patiño, quien con
sus conocimientos, su experiencia,
su paciencia y su motivación ha
logrado en mí que pueda terminar
mis estudios con éxito.
También agradezco a mis profesores
durante toda mi carrera profesional
porque todos han aportado con un
granito de arena a mi formación y a
mis padres por haberme apoyado
con sus sabios consejos durante la
elaboración de esta tesis.
VI
TRIBUNAL DE GRADO
Ing. Fernando Abad Montero, M. Sc Ing. Julio César Castro Rosado
DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR
CIENCIAS MATEMATICAS Y CISC, CIN
FISICAS
Ing. Darwin Patiño Nombres y Apellidos
DIRECTOR DE TESIS PROFESOR DEL ÁREA -
TRIBUNAL
Ab. Candy González Romero
SECRETARIA
VII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de esta
Tesis de Grado, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL”.
MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA
VIII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS
PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA
ROBÓTICA
Tesis de Grado que se presenta como requisito para optar por el título de
INGENIERO en SISTEMAS COMPUTACIONALES
Autora: María José Chávez Plúa
C.I.: 092706207-5
Tutor: Ing. Darwin Patiño
Guayaquil, Enero del 2014
IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor de Tesis de Grado, nombrado por el Consejo
Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Grado presentado por la
egresada María José Chávez Plúa, como requisito previo para optar por
el título de Ingeniero en Sistemas Computacionales cuyo problema es:
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA
RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA
considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Chávez Plúa María José 092706207-5
Apellidos y Nombres Completos Cédula de ciudadanía N°
Tutor: Ing. Darwin Patiño
Guayaquil, Enero del 2014
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Autorización para Publicación de Tesis en Formato Digital
1. Identificación de la Tesis
Nombre de la Alumna: María José Chávez Plúa
Dirección: Km. 11½ Vía Daule. Coop. Bastión Popular.
Teléfono: 2-100044 /0986820674 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales
Título al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales
Profesor guía: Ing. Darwin Patiño
Título de la Tesis: Desarrollo e Implementación de Estrategias para la Resolución de Laberintos Aplicado a la Robótica
Temas Tesis: Laberinto resuelto por robot automatizado
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica de la Tesis A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de esta tesis. Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma Alumno: María José Chávez P.
3. Forma de Envío:
El texto de la Tesis debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM X CDROM
XI
ÍNDICE GENERAL
CARTA DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR IX
ÍNDICE GENERAL XI
ABREVIATURAS XIII
ÍNDICE DE CUADROS XIV
ÍNDICE DE GRÁFICOS XVI
RESUMEN XXI
(ABSTRACT) XXII
INTRODUCCIÓN 1
CAPITULO I – EL PROBLEMA 4
1.1 Ubicación del Problema en un Contexto 4
1.2 Situación Conflicto Nudos Críticos 5
1.3 Causas y Consecuencias del Problema 6
1.4 Delimitaciones del Problema 7
1.5 Formulación del Problema 7
1.6 Evaluación del Problema 8
1.7 Objetivos del Problema 9
1.8 Alcance del Problema 10
1.9 Justificación e Importancia 12
CAPÍTULO II – MARCO TEÓRICO 15
2.1 Antecedentes del Estudio 15
2.2 Fundamentación Teórica 16
2.3 Fundamentación Legal 55
2.4 Preguntas a Contestarse 66
2.5 Variables de la Investigación 67
2.6 Definiciones Conceptuales 68
XII
CAPÍTULO III – METODOLOGÍA 71
3.1 Diseño de la Investigación 71
3.2 Población 73
3.3 Operacionalización de Variables 74
3.4 Instrumentos de Recolección de Datos 75
3.5 Procedimientos de la Investigación 76
3.6 Recolección de la Información 78
3.7 Procesamiento y Análisis 79
3.8 Criterios para la Elaboración de la Propuesta 90
3.9 Criterios para la Evaluación de la Propuesta 91
CAPÍTULO IV – MARCO ADMINISTRATIVO 92
4.1 Cronograma 92
4.2 Presupuesto 94
CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 97
5.1 Conclusiones 97
5.2 Recomendaciones 98
BIBLIOGRAFÍA 99
ANEXOS 101
XIII
ABREVIATURAS
IA Inteligencia Artificial
PIC Controlador de Interfaz Periférico
IDE Entorno de Desarrollo Integrado
COFF Code Object File Format
EDT Estructura de Descomposición del Trabajo
ELSIE Electro Light Sensitive Internal External
TMI Three Mile Island
ICSP Programación Serial en Circuito
PSD Dispositivo de Percepción de Posición
DC Corriente Directa
RPM Revoluciones por Minuto
PWM Modulación por Ancho de Pulsos
RA Robot Autónomo
SPSS Statistical Package for the Social Sciences
XIV
ÍNDICE DE CUADROS
CUADRO 1
Causas y Consecuencias del Problema 6
CUADRO 2
Delimitación del Investigación 7
CUADRO 3
Delimitación Geográfica 7
CUADRO 4
Tipos de Agentes en su Ambiente 46
CUADRO 5
Variables de la Investigación 67
CUADRO 6
Población de la Investigación 73
CUADRO 7
Operacionalización de Variables 74
CUADRO 8
Instrumentos de Recolección de Datos 75
CUADRO 9
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 1 80
CUADRO 10
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 2 81
CUADRO 11
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 3 82
XV
CUADRO 12
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 4 83
CUADRO 13
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 5 84
CUADRO 14
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 6 85
CUADRO 15
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 7 86
CUADRO 16
Cronograma 92
CUADRO 17
Ingresos 94
CUADRO 18
Egresos 95
CUADRO 19
Detalles del Cronograma 106
CUADRO 20
Detalles de la Propuesta 111
CUADRO 21
Especificaciones del Programador P.PIC I&T04 114
CUADRO 22
Especificaciones del Puente P.H I&T04 116
CUADRO 23
Especificaciones del M.E I&T04 118
XVI
ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1
Mano Robótica 17
GRÁFICO 2
Primer Robot Elektro 18
GRÁFICO 3
Robot Soldador 22
GRÁFICO 4
Robot para Rehabilitación 23
GRÁFICO 5
Transbordador Columbia 25
GRÁFICO 6
Robot Lego 26
GRÁFICO 7
Robot Manipulador 27
GRÁFICO 8
Robot de Aprendizaje 28
GRÁFICO 9
Robots con Control 28
GRÁFICO 10
Robots Inteligentes 29
GRÁFICO 11
Robot Porliarticulado 30
XVII
GRÁFICO 12
Robot Androide Honda Asimo 32
GRÁFICO 13
Robots Zoomórficos 33
GRÁFICO 14
Robot Híbrido 34
GRÁFICO 15
Prótesis 35
GRÁFICO 16
Robot de Cirugía Laparoscópica 36
GRÁFICO 17
Robots Teleoperadores 36
GRÁFICO 18
Robot Móvil 37
GRÁFICO 19
Esquema Básico de un Robot Móvil 38
GRÁFICO 20
Competición de Robots 39
GRÁFICO 21
Agente 42
GRÁFICO 22
Logo MikroBasic 51
GRÁFICO 23
Interfaz de MikroBasic 53
XVIII
GRÁFICO 24
Esquema de un Programa Básico 54
GRÁFICO 25
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 1 80
GRÁFICO 26
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 2 81
GRÁFICO 27
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 3 82
GRÁFICO 28
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 4 83
GRÁFICO 29
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 5 84
GRÁFICO 30
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 6 85
GRÁFICO 31
Encuesta para Estudiantes - Pregunta 7 86
GRÁFICO 32
Diagrama de Gantt del Proyecto 93
GRÁFICO 33
Diagrama de Gantt del Cronograma Detallado 110
GRÁFICO 34
EDT 112
GRÁFICO 35
Programador P.PIC I&T 04 113
XIX
GRÁFICO 36
Sensor Infrarrojo 115
GRÁFICO 37
Puente P.H I&T 04 116
GRÁFICO 38
M.E I&T 04 117
GRÁFICO 39
Micromotor 119
GRÁFICO 40
Dimensiones del Micromotor 120
GRÁFICO 41
Rueda Loca 120
GRÁFICO 42
Llantas Wheel 121
GRÁFICO 43
Batería 9V 122
GRÁFICO 44
Diseño del Laberinto 122
GRÁFICO 45
Ensamblaje Nivel I 124
GRÁFICO 46
Ensamblaje Nivel II 125
GRÁFICO 47
Ensamblaje Nivel III 125
XX
GRÁFICO 48
Construcción del Laberinto 126
GRÁFICO 49
Comportamiento 1 127
GRÁFICO 50
Comportamiento 2 128
GRÁFICO 51
Comportamiento 3 128
GRÁFICO 52
Compilación del Programa 136
XXI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA
RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA
Autora: María José Chávez Plúa
Tutor: Ing. Darwin Patiño
RESUMEN
Los últimos años la robótica ha tenido un gran avance a nivel mundial, la
necesidad de desarrollar este tipo de tecnología tiene un único objetivo,
el de facilitar la vida diaria del hombre, es decir, cumplir con tareas de
mayor complejidad y de alto riesgo para el ser humano como sitios de
difícil acceso en un derrumbe o averías en tuberías de oleoductos, etc.
Estos robots autónomos son programados con algoritmos de búsqueda o
desplazamientos en diferentes tipos de áreas así como el manejo de
sensores para el reconocimiento del entorno en cual el robot se
desplazará. Este proyecto describe el diseño, construcción y
programación del robot Majo que es capaz de encontrar la salida de un
laberinto en base al algoritmo que se ha implementado en él. Implementar
el control del robot móvil incluye control de motores, acondicionamiento y
manejo de sensores que recogen información del medio en que se
desenvuelve el robot. Para la toma de decisiones e implementación del
algoritmo de desplazamiento se utilizó un procesador digital de señales.
La información proporcionada por los sensores montados en el robot sirve
de base para que el M.E.I&T 04 la procese y con ayuda del algoritmo
implementado pueda desplazarse dentro del laberinto sin dificultades.
XXII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA
RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA
Autora: María José Chávez Plúa
Tutor: Ing. Darwin Patiño
ABSTRACT
The last years the robotics has had a global breakthrough, the need to
develop this kind of technology has an only objective, to facilitate man's
daily life, comply with more complex tasks and high risk for the human
being, as inaccessible sites in a landslide or damage in pipeline pipe, etc.
These autonomous robots are programmed with search algorithms or
displacements in different types of areas as handling sensors for the
recognition of the environment in which the robot will move. This project
describes the design, construction and programming of Majo robot that is
able to find the exit of a maze based on the algorithm that is implemented
in it. Implement the control of robot mobile includes motor control,
packaging and handling of sensors that collect information from the
environment in which operates the robot. For the decisionmaking and
implementation of the displacement algorithm was used a digital signal
processor. The information provided by the sensors mounted on the robot
serves of basis for that the M.E.I&T 04 the process and using the
algorithm implemented can move around the maze without difficulty.
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad la inteligencia del hombre ha sido destacada por la
creación de herramientas tecnológicas para facilitar y mejorar la vida de
las personas en diferentes áreas de trabajo. Una de sus herramientas
más innovadoras es el diseño de robots.
Los robots son agentes mecánicos programables que cumplen con una
función específica para facilitar las actividades diarias del hombre por lo
que se puede considerar que: “Los robots actuales son obras de
ingeniería y como tales concebidas para producir bienes y servicios
o explotar recursos naturales.” (Aníbal Ollero, 2007:1).
Las funciones principales que un robot tiene que cumplir son:
Locomoción: el robot deberá ser capaz de moverse de un punto a
otro sin ninguna dificultad.
Percepción: el robot tendrá la capacidad de reconocer el entorno en
que se está desplazando por medio de sensores.
Toma de decisiones: el robot tendrá a su disposición varias opciones
y deberá ser capaz de tomar una decisión y escoger la opción más
óptima para cumplir con su objetivo.
2
El presente estudio permite mostrar de forma clara el diseño y desarrollo
de un robot vehículo que tiene como objetivo principal dar solución a un
laberinto previamente diseñado. Para tal efecto se emplean técnicas para
el levantamiento de datos tales como encuestas, entrevistas o consultas a
estudiantes y expertos en esta línea de conocimientos.
En EL CAPÍTULO I - EL PROBLEMA, se describe la transformación de las
ideas preliminares a un planteamiento del problema mediante
investigaciones que demostró las causas, consecuencias, justificación y
delimitación respectiva.
En EL CAPÍTULO II - EL MARCO TEÓRICO, se describe el proceso que
se llevó a cabo para la construcción del proyecto, como las etapas,
preguntas a contestarse y la orientación en el trabajo metodológico.
En EL CAPÍTULO III – LA METODOLOGÍA, se describe las diversas
modalidades, categorías y diseños que se emplearon en la investigación,
también se demuestra la operacionalización de las variables, además de
los procedimientos que se adoptaron para el análisis de los resultados.
En EL CAPÍTULO IV – MARCO ADMINISTRATIVO se describe el
cronograma y presupuesto para el desarrollo de una tesis en robótica,
ajustándose a todos los requerimientos que aprueba la creación de un
robot laberinto.
3
En EL CAPÍTULO V – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES se
presenta un análisis del desarrollo de la tesis; además, se plantea una
serie de recomendaciones.
En EL CAPÍTULO VI – PROPUESTA se explica los procedimientos y
actividades que permitieron lograr los objetivos y metas de la manera más
eficiente y efectiva.
4
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Ubicación del Problema en un Contexto
La robótica realiza aportaciones muy importantes al hombre las cuales
puede comprobarse en muchas instancias. No son sólo aportaciones a las
industrias sino que también a la docencia e investigación en Inteligencia
Artificial y reconocimientos de patrones.
El presente estudio considera diseñar un robot vehículo que sea capaz de
resolver un laberinto de paredes tomando sus propias decisiones, que se
ajusta a las características definidas por las normas para los robots que
compiten en está área. El robot es un dispositivo complejo con tres partes
diferenciadas:
1. La parte mecánica: Soporta todo el robot, por lo tanto la elección de
la forma, dimensiones y materiales se deben tomar adecuadamente
para que el robot pueda navegar por el reducido espacio que dispone
en el laberinto además de determinar la rapidez con la que podrá
moverse.
2. La parte electrónica: Se compone de los motores, sensores y
controladores, es decir, la capa de hardware, encargada de recibir,
conducir y procesar las señales.
5
3. La parte programable: son las instrucciones que procesa el
microcontrolador, este recibe los datos del exterior por medio de los
sensores y produce salidas que son enviadas a los motores para
producir el comportamiento esperado del robot.
1.2 Situación Conflicto Nudos Críticos
Los robots ya no son considerados un lenguaje extraño, sus avances
tienen un gran impacto a nivel mundial. Estas máquinas programadas
facilitan las actividades diarias del hombre, no sólo en las labores de alto
riesgo sino que también en oficios que son altamente estresantes para la
existencia humana.
El robot tiene como objetivo principal hallar una salida del laberinto para
cumplir con dicho objetivo posee tres sensores, los cuales receptan la
información de su entorno, este las envía al microcontrolador que tiene
implementado un algoritmo que procesa la información para que los
motores ejecuten dicha acción.
El algoritmo que el robot tiene implementado le permite realizar todos sus
movimientos con autonomía, es decir, no necesita de la intervención del
hombre. Además de poseer un buen sistema de locomoción que le
permitirá moverse con mucha flexibilidad y rapidez.
6
1.3 Causas y Consecuencias del Problema
CUADRO N° 1
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
CAUSAS CONSECUENCIAS
Alto costo de equipos para
realizar prácticas.
No poder realizar pruebas de
verificación.
Poco conocimientos en el
campo de la robótica
Desconocimientos de la tecnología con
la que cuenta la industria.
Falta de inversión del estado en
proyectos que apliquen la
robótica.
Dependencia de los proveedores
extranjeros para capacitaciones,
adquisiciones de componentes para
diseñar y desarrollar un robot. .
Poca vinculación de la
Universidad en los avances
tecnológicos.
Falta de interés en los estudiantes de
desarrollar proyectos aplicados a la
robótica.
La falta de un estudio que
refleje la necesidad de contar
con talentos humanos formados
en robótica.
No formar profesionales con
conocimientos actualizados.
Falta de convenios
interinstitucionales con centros
de investigación del exterior.
Falta de retroalimentación con lo que
se está desarrollando en otras
universidades del mundo.
La falta de investigación. Escases de creatividad e inventiva.
Deterioro de algunas partes del
robot con el paso del tiempo.
Renovación de partes deterioradas del
robot.
El aumento excesivo de la
robótica. Desplazamiento de la mano de obra
Facilitación de vida de los seres
humanos.
El robot podrá ocuparse de ciertas
cuestiones más importantes
maximizando su tiempo de búsqueda y
los resultados que aportan al mundo.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
7
1.4 Delimitaciones del Problema
CUADRO N° 2
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Campo: Educación Superior.
Área: Robótica
Aspecto: Programa orientado a la toma de decisiones
implementadas en un robot móvil.
Tema: Desarrollo e Implementación de Estrategias para la
Resolución de Laberintos Aplicado a la Robótica.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
CUADRO N° 3
DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA
Geográfica:
Universidad de Guayaquil
Facultad de Ciencias Matemáticas y Física
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales y
Networking.
Baquerizo Moreno y Víctor Manuel Rendón.
Tiempo: 2012
Espacio: 2012 – 2013
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
1.5 Formulación del Problema
El problema que encontramos es: ¿Cómo construir un robot que sea
capaz de encontrar una salida a un laberinto sin intervención externa?
8
1.6 Evaluación del Problema
Relevante: La robótica es una realidad que se construye a diario en
las facultades de Ingeniería, una herramienta excepcional para motivar
a los estudiantes, despertar su creatividad y generar espacios de
aprendizaje mucho más ricos que aquellos que conforman las aulas
tradicionales.
Original: El proyecto es totalmente novedoso porque además de
despertar curiosidad, motiva a otros estudiantes a interesarse por la
robótica. Además de ser un avance tecnológico que aporta grandes
beneficios a la sociedad.
Concreto: El proyecto diseñado y desarrollado tiene un único objetivo
planteado, el cual es, resolver cualquier tipo de laberinto que se le
presente.
Factible: El proyecto cuenta con toda la información tecnológica
necesaria para su desarrollo, de acuerdo a todos los requerimientos
que se presenten, así mismo con el tiempo suficiente para cubrir el
alcance propuesto en el tiempo determinado.
Identifica los productos esperados: Durante el proceso del proyecto
se obtiene productos esperados como el alcance, robot tipo vehículo y
el laberinto.
9
Claro: El proyecto consiste en diseñar y programar un robot que sea
capaz de tomar sus propias decisiones para encontrar la salida de un
laberinto previamente diseñado.
1.7 Objetivos del Problema
Objetivos Generales
Diseñar y desarrollar un robot tipo vehículo robusto y eficiente que sea
capaz de resolver laberintos.
Determinar la incidencia de la robótica en investigaciones educativas.
Desarrollar una tesis en robótica orientado a la toma de decisiones con
la convicción de que sean las más acertadas.
Objetivos Específicos
Comparar conocimientos de los componentes disponibles para diseñar
el robot y mediante un análisis poder llegar a determinar la mejor
elección.
Analizar los posibles programas que se necesitarán para la
programación de los componentes.
10
Elaborar algoritmos de comunicación con el robot, que permita
ejecutar acciones y extraer los datos que se usarán para realizar el
objetivo principal.
Diseñar y construir un entorno para que el robot implemente el
algoritmo desarrollado para cumplir su objetivo.
Realizar las pruebas correspondientes para la verificación del
proyecto.
Analizar los resultados finales obtenidos.
1.8 Alcance del Problema
El proyecto se basa en diseñar y programar un robot, compuesto por
diferentes componentes electrónicos y diferentes elementos para sostener
a dichos componentes, teniendo como objetivo principal hallar la salida de
un laberinto previamente diseñado. La idea es ubicar al robot móvil en
cualquier punto de partida del laberinto y él automáticamente, sin ningún
tipo de ayuda, deberá resolver cómo salir del laberinto.
El diseño es capaz de afrontar todo tipo de obstáculos con el fin de
encontrar las mejores y posibles rutas de salida con el algoritmo de
seguimiento de la mano derecha, para afrontar el problema el robot
deberá ser capaz de tomar decisiones pertinentes de acuerdo a las
11
opciones con las que cuente. La pista cuenta con varios muros,
específicamente de color blanco, que obstaculizan el libre movimiento del
móvil, el robot mediante unos sensores deberá buscar la orientación,
estos le permitirán saber cuándo se encuentra fuera de ruta o si algún
obstáculo impide su avance. El robot realizará su próximo movimiento de
acuerdo a la información procesada que le entregue el microcontrolador y
así sucesivamente hasta que encuentre la salida.
Como en todo proyecto existen limitaciones y este no es la excepción. A
continuación se detallan las limitaciones que presenta el proyecto:
El tamaño de la rueda que use el robot para desplazarse es muy
importante, ya que si se hace un cambio de ruedas, por ejemplo más
grandes de las que incluye el kit del robot, la potencia del motor sería
insuficiente para hacer girar las ruedas.
El diseño es un robot tipo móvil, por lo que si se requiere utilizar otro
tipo de robot se tendría que buscar la manera de adaptar las formas de
comunicación, entradas y salidas.
El entorno en el que se desenvolverá el robot será de color blanco
tanto las paredes como el piso, ya que los sensores tienden a detectar
con mayor facilidad ese color.
12
El robot se desplazará dentro de un entorno predefinido buscando
siempre su derecha hasta llegar a la meta. En el entorno, el robot
encontrará obstáculos en diferentes puntos y deberá esquivarlos, para
así llegar a su destino.
1.9 Justificación e Importancia
Actualmente en la Carrera de Sistemas Computacionales, la mayoría de
los proyectos de titulación están orientados al desarrollo de software,
dejando a un lado un aspecto importante de la tecnología: la
programación de robots.
La robótica ocupa un lugar muy importante en la mayor parte de las
universidades a nivel mundial, es por ello que la Carrera de Sistemas
Computacionales debe tener en cuenta esta situación y fomentar el
crecimiento del grupo de robótica, lo cual le permitirá resolver
problemáticas actuales a nivel mundial.
El proyecto se enfoca en realizar la planificación para un robot vehículo,
cuyos componentes que lo conforman son de la empresa Ideas &
Tecnología, la cual permitirán controlar los movimientos del robot. Por otra
parte, esta investigación puede motivar a otros alumnos de la carrera para
que participen con mayor frecuencia en proyectos relacionados con el
área de robótica.
13
Actualmente en países con alta tecnología usan a los robots para realizar
actividades peligrosas o estresantes para el ser humano, por ejemplo en
casos donde las tareas son realizadas en espacios muy estrechos donde
la persona no puede acceder con facilidad, un robot podría fácilmente
cumplirla.
La importancia del proyecto puede ser establecida desde el ámbito
científico. Bajo este punto de vista se establece que un sistema de
aprendizaje, para navegación en laberintos, constituye una forma de
inteligencia artificial básica en la robótica móvil; a través de la cual, se
concede mayor autonomía al prototipo en la toma de decisiones, auto
programación, movilidad y percepción del entorno en el que se encuentra
trabajando.
Complementariamente el proyecto representa el primer paso para el
desarrollo de un sistema más complejo de inteligencia artificial que
otorgue mayor autonomía al robot, convirtiéndolo en un producto cotizable
y atractivo para más de un tipo de mercado comercial y aplicativo, entre
los cuales se puede citar:
Como herramienta de transporte autónomo de material de
cualquier tipo en el área industrial.
Como asistente de departamentos con tareas de traslado de
artículos de oficina.
14
Como coche de curación para el transporte de instrumentos
médicos en clínicas.
Como camilla inteligente con velocidades mayores a las otorgadas
por los paramédicos en el área de emergencia de los hospitales.
Como robot de rescate.
Como robot de exploración en múltiples entornos (de acceso
riesgoso y de difícil comunicación).
Como robot mesero.
Como robot botones.
Adicionalmente se decidió optar por el proyecto, por la pasión e interés
personal que desde el transcurso de mis estudios en la carrera, he
presentado respecto a los tópicos que se encuentran relacionados
directamente con los sistemas de inteligencia artificial y robótica en
general; representando un muy interesante reto personal de trabajo,
dedicación, estudio e ingenio.
15
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes del Estudio
El hombre en sus inicios de la robótica siempre encontró cierta
fascinación en crear máquinas que imitan los movimientos y figuras de los
seres vivos, y desde entonces hasta la actualidad se ha impuesto en dar
vida a seres artificiales que realicen tareas pesadas y repetitivas para el
ser humano.
En la actualidad los robots son considerados sistemas complejos a
desarrollar ya que no sólo están orientados a la parte mecánica sino
también a la electrónica. Por lo general los robots tienen una arquitectura
que está compuesta por sensores, motores y microcontroladores que le
permitirán tener una mejor percepción de su entorno y mayor flexibilidad
al realizar sus movimientos.
Además de cumplir con requisitos básicos en la robótica, como lo son la
autonomía e inteligencia que les permite realizar las tareas con una mayor
exactitud; por lo que muchos han llegado a pensar que muy pronto la
mano de obra será desplazada por estos seres artificiales.
16
2.2 Fundamentación Teórica
Robótica
Por siglos, el ser humano ha construido máquinas que imitan partes del
cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las
estatuas de sus dioses; los griegos construyeron estatuas que operaban
con sistemas hidráulicos, los cuales eran utilizados para fascinar a los
adoradores de los templos.
Pero el inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del
siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil
programable mediante tarjetas perforadas. Luego, la Revolución Industrial
impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos.
Además de esto, durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron
construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas
características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios
músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. En 1805, Henri
Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer
dibujos.
La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el
procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e
inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.
17
Con el paso del tiempo se ha confirmado que la robótica ofrece un
excelente compromiso entre productividad y flexibilidad, una calidad
uniforme de los productos, una sistematización de los procesos y la
posibilidad de supervisar y/o controlar las plantas según diferentes
parámetros y criterios.
Las ventajas principales de los sistemas robotizados son el aumento de la
productividad, alta flexibilidad, excelente calidad y mejora de la seguridad,
además de mejorar las condiciones de trabajo y la calidad de vida de los
ciudadanos, sustituyendo tareas penosas por otras que se efectúan en
condiciones mucho más ventajosas.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 1
MANO ROBÓTICA
18
El robot más destacado de la historia fue Elektro que fue creado por la
sede Westinghouse Electric Corporation, en Pittsburgh entre 1937 y 1938.
El robot mide dos metros de altura, pesa 265 libras, apariencia
humanoide, podía caminar por comando de voz, podía decir 700 palabras.
Su cuerpo consistía en un engranaje de acero, y su esqueleto de levas,
que para los que no sepan lo que es una leva es un elemento mecánico
hecho de algún material que va sujeto a un eje y tiene un contorno con
forma especial, está cubierto de una piel de aluminio, sus ojos podían
distinguir la luz roja y la verde.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 2
PRIMER ROBOT ELEKTRO
19
Leyes de la Robótica
El escritor de ciencia-ficción Isaac Asimov en una de sus historias llamada
I robot (Yo, robot) proporciona sus tres leyes de la robótica las cuales, han
sido aceptadas por todo el mundo como las únicas leyes para la
fabricación de los mismos. Sus tres leyes son las siguientes:
Primera Ley: Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño. Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando éstas entren en conflicto con la Primera Ley. Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia integridad, siempre y cuando esto no impida el cumplimiento de la Primera Ley y Segunda Ley. (Isaac Asimov, 1950:3).
Sin embargo él mismo, presenta una obra en la cual un robot se ve
obligado a herir a un humano por el bien de la humanidad misma. Gracias
a ésta obra surge una nueva ley denominada como Ley Cero la cual dice
lo siguiente: “Un robot no puede lastimar a la humanidad o, por falta
de acción, permitir que la humanidad sufra daños.” (Isaac Asimov,
1985:181).
Además del surgimiento de ésta ley y, debido a que la Ley cero entra en
conflicto con la primera ley se decidió cambiar la primera ley quedando de
la siguiente manera: “Un robot no debe dañar a un ser humano, o
permitir, por inacción, que un ser humano sufra daño, a menos que
tal acción viole la Ley Cero." (Isaac Asimov, 1985:181).
20
Estas son las cuatro principales leyes conocidas en el mundo sin embargo
no está demás mencionar también las tres leyes de la humánica que
también se refieren a los robots y que se dan a continuación:
Primera Ley Humánica: Un ser humano no puede perjudicar a otro ser humano, ni, por omisión, permitir que un ser humano sufra daño alguno. Segunda Ley Humánica: Un ser humano debe dar a un robot órdenes que preserven la existencia robótica y no pedirle nada que le obligue a enfrentarse innecesariamente a la clase de dilema que podría causar daño o trastorno a los seres humanos. Tercera Ley Humánica: Un ser humano no debe perjudicar a un robot o, por omisión, permitir que un robot sufra daños, a menos que tales daños sean necesarios para impedir que sea perjudicado o lesionado un ser humano o para que se cumpla una orden vital. (Isaac Asimov, 1990:377,378).
Funciones Fundamentales de un Robot
Un robot posee tres funciones fundamentales:
La locomoción.- Es la acción y efecto que tiene el robot de moverse
de un punto a otro. Para la ejecución de este punto se toma en
consideración los motores y mecanismos que permiten el
desplazamiento. Los medios de desplazamiento son numerosos y es
conveniente aplicar un tratamiento diferente dependiendo de que el
móvil se vaya a desplazar por el suelo o dentro de un determinado
medio.
21
La percepción.- Esta parte del robot normalmente es la más difícil de
construir. En este punto, el robot, por medios de sensores puede
distinguir el entorno en que se está desplazando.
La decisión.- Los datos que provienen de los diferentes sensores,
deben ser interpretados como otros tantos elementos útiles para la
toma de decisiones sobre la acción que hay que llevar a cabo, siendo
el objetivo dar las órdenes correctas a los actuadores. En un robot
móvil es necesario asignar prioridades en función de la información
que es recibida.
En esta fase, es necesario proporcionarle alguna forma de inteligencia
al robot para que tenga la posibilidad de elegir la acción que va a llevar
a cabo. Esta toma de decisiones suele ser arbitraria al comienzo, pero
permite desarrollar una forma de aprendizaje que tenga en cuenta los
resultados de las decisiones anteriores.
Aplicaciones de la Robótica
Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots
tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria
automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial. Cada
robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no
obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a
través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la
22
introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un
gran impacto. Se hace indispensable que la planificación de los recursos
humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.
Industria
Los robots industriales surgen de la convergencia de tecnologías del control automática y, en particular, del control de máquinas herramientas, de los manipuladores teleoperados, y de la aplicación de computadores en tiempo real. (Aníbal Ollero, 2007:2).
Estos robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales
como lo son: la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de
spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en
la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 3
ROBOT SOLDADOR
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Laboratorios
Estos tipos de robots están encontrando un gran número de aplicaciones
en los laboratorios. Llevan a cabo con efectividad tareas repetitivas como
la colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de
medición. En ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados para
realizar procedimientos manuales automatizados. Un típico sistema de
preparación de muestras consiste de un robot y una estación de
laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks
de tubos de pruebas, etc.
Los fabricantes de estos sistemas mencionan tener tres ventajas sobre la
operación manual: incrementan la productividad, mejoran el control de
calidad y reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 4
ROBOT PARA REHABILITACIÓN
24
Manipuladores cinemáticos
El accidente en la planta nuclear de Three Mile Island en Pennsylvania en
1979 estimuló el desarrollo y aplicación de los robots en la industria
nuclear. El reactor número 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y provocó la
destrucción de la mayoría del reactor, y dejo grandes áreas del reactor
contaminadas, inaccesible para el ser humano.
Los robots más recientes han sido utilizados para soldar a control remoto
y la inspección de tuberías en áreas de alta radiación. Ésta clase de
robots son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para
detectar niveles de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un
mini laboratorio para hacer pruebas.
Agricultura
Entre los principales proyectos para esta área se encuentra una máquina
que esquila a las ovejas. La trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las
ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja.
Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un
conjunto de sensores que registran la información de la respiración del
animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora
que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del
cortador en tiempo real.
25
Espacio
El medio ambiente en el espacio es hostil para el ser humano, quien
requiere un equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en
el espacio por esa razón se han creado robots con los avances
necesarios para la exploración espacial.
Los teleoperadores son los que han encontrado aplicación en los
transbordadores espaciales. En marzo de 1982 el transbordador Columbia
fue el primero en utilizar este tipo de robots, aunque el ser humano
participa en la realización del control de lazo cerrado.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 5
TRANSBORDADOR COLUMBIA
26
Educación
Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas
formas. Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de
control de robots como un medio de enseñanza.
Segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga en conjunción
con el lenguaje logo, fue creado con la intención de proporcionar al
estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las
matemáticas.
Tercero, está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de
manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos han
sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 6
ROBOT LEGO
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Clasificación de la Robótica
Según su Cronología
La que a continuación se presenta es la clasificación más común:
1ª Generación - Manipuladores: Son sistemas mecánicos
multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de
secuencia fija o de secuencia variable.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
2ª Generación - Robots de aprendizaje: Repiten una secuencia de
movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador
humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico.
El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le
sigue y los memoriza.
GRÁFICO N° 7
ROBOT MANIPULADOR
28
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
3ª Generación - Robots con control sensorizados: El controlador es
una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía
al manipulador para que realice los movimientos necesarios.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 9
ROBOTS CON CONTROL
GRÁFICO N° 8
ROBOT DE APRENDIZAJE
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4ª Generación - Robots inteligentes: Son similares a los anteriores,
pero además poseen sensores que envían información a la
computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una
toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Según su Arquitectura
La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del robot,
puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente
aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de
un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot.
Los robots según su arquitectura de dividen de la siguiente manera:
GRÁFICO N° 10
ROBOTS INTELIGENTES
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Poliarticulados
Estos tipos de robots tienen diversas formas y configuraciones, además
de ser sedentarios y estructurados para mover elementos terminales en
un determinado espacio de trabajo. Los poliarticulados tienen un número
limitado de grados de libertad.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
En este grupo, se encuentran los manipuladores, los robots industriales,
los robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona
de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un
plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.
GRÁFICO N° 11
ROBOT POLIARTICULADO
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Androides
Es la denominación que se le da a un robot u organismo sintético
antropomorfo que, además de imitar la apariencia humana, imita algunos
aspectos de su conducta de manera autónoma.
En la robótica la actitud de los expertos hacia los autómatas humanoides
ha vacilado entre el entusiasmo y el escepticismo. Entusiasmo porque un
robot humanoide puede tener enormes ventajas para cierta clase de
funciones, escepticismo debido a que para que una máquina robótica sea
útil, ya se ha demostrado con ejemplos que la forma humana no es
necesaria, y a veces es incluso un estorbo, respecto a las capacidades
actuales de los androides.
La construcción de un robot que imite convincentemente aunque sea una
parte ínfima de la libertad de gestos y movimiento humanos, es una tarea
de una enorme complejidad técnica. De hecho, es un problema que en
varias instancias está todavía abierto a la investigación y a la mejora,
aunque ya existen varios ejemplos bastante meritorios en ese sentido, de
robots humanoides que imitan ciertas conductas y capacidades humanas.
Un ejemplo conocido en este sentido, es el robot ASIMO de Honda, que
es capaz de marchar en dos pies, de subir y bajar escaleras y de otra
serie de proezas de locomoción bípeda.
32
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Zoomórficos
Estos tipos de robots pueden incluirse en el tipo de androides ya que
una de sus características principales es el sistema de locomoción que
imita los movimientos de seres vivos.
A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de
locomoción es conveniente agrupar a los robots zoomórficos en dos
categorías principales: caminadores y no caminadores.
GRÁFICO N° 12
ROBOT ANDROIDE HONDA ASIMO
33
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Por lo general estos robots se dividen en dos tipos: caminadores y no
caminadores. Los caminadores son muy numerosos y están siendo objeto
de experimentos en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior
de verdaderos vehículos terrenos, piloteados o autónomos, capaces de
evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos
robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el
estudio de los volcanes.
Los robots zoomórficos no caminadores están muy poco evolucionados.
Los experimentos efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos
biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento
relativo de rotación.
GRÁFICO N° 13
ROBOTS ZOOMÓRFICOS
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Híbridos
Corresponden a aquellos de difícil clasificación, cuya estructura se
sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas,
bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un
dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo
tiempo, uno de los atributos de los robots móviles y de los robots
zoomórficos.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Médicos
Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos
físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas
de mando. Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y
funciones de los órganos o extremidades que suplen.
GRÁFICO N° 14
ROBOT HÍBRIDO
35
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Además existen robots médicos destinados a la realización de
intervenciones quirúrgicas como la telecirugía y la cirugía mínimamente
invasiva. Las ventajas más notables de los robots médicos son la
precisión y la miniaturización. Estos robots son utilizados, entre otros, en
el ámbito de la cirugía cardiaca, gastrointestinal, pediátrica o de la
neurocirugía. En estos casos, lo que se pretende es realizar manualmente
una tarea a través de un robot, de forma que un programa informático
pueda supervisar o corregir imprecisiones o errores humanos, y hacer
posible acciones que, dadas las limitaciones del hombre, no se pueden
realizar o son muy difíciles de realizar.
GRÁFICO N° 15
PRÓTESIS
36
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Teleoperadores
Estos tipos de robots se controlan remotamente por un operador
humano. Cualquiera que sea su clase, los teleoperadores son
generalmente muy sofisticados y extremadamente útiles en entornos
peligrosos tales como residuos químicos y desactivación de bombas.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 16
ROBOT DE CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA
GRÁFICO N° 17
ROBOT TELEOPERADORES
37
Móviles
Son robots con grandes capacidades de desplazamiento, basadas en
carros o plataformas y dotadas de un sistema locomotor de tipo
rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la
información recibida de su entorno a través de sus sensores.
El propósito fundamental de los robots móviles es el desplazamiento
en un entorno conocido o desconocido. Es por ello que es necesario
conocer la posición del robot en su universo de manera precisa o
relativa, según sea la tarea a la cual va a desempeñar.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 18
ROBOT MÓVIL
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El GRÁFICO N° 19, muestra claramente la constitución general de un
robot móvil básico y el conjunto de procesos que conduce a la creación.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Competencias Robóticas
Una competición de robótica es una competición donde robots diseñados,
construidos o programados por diferentes participantes compiten según
un conjunto determinado de reglas. Diferentes organismos nacionales e
internacionales regulan las normas de estas competiciones, como por
ejemplo la Liga Nacional en España, la Robocup en competiciones de
fútbol o la First Lego League en robótica para niños.
GRÁFICO N° 19
ESQUEMA BÁSICO DE UN ROBOT MÓVIL
39
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Actualmente existen varias clases de competiciones, siendo las más
populares en varios países el rastreo de línea, el laberinto, los cowbots, la
lucha sumo y las carreras de bípedos.
Velocistas: En esta competición, los robots participantes deben
completar un circuito cerrado corriendo uno contra otro.
Rastreo de línea: En esta competición, los robots participantes deben
seguir una línea trazada en el suelo en el menor tiempo posible. La
complejidad del recorrido puede variar.
GRÁFICO N° 20
COMPETICIÓN DE ROBOTS
40
Laberinto: Existen distintas variantes de la competición de laberinto. El
laberinto puede estar hecho con paredes delimitadoras de los caminos
posibles, o dibujado en el suelo con una línea.
Cowbots: En esta prueba, dos robots se enfrentan en una arena de
combate de una medida previamente conocida. Ambos robots tienen
un arma a distancia y un arma para combate cuerpo a cuerpo. El arma
a distancia consiste en un lanzador de algún tipo de proyectil, por lo
general muy liviano, que no cause daños a su objetivo. Los dos robots
deben enfrentarse en la zona de combate hasta que uno de los dos es
alcanzado por un proyectil del otro, o por su arma de lucha directa.
Sumo: En este estilo de competición dos robots se enfrentan dentro de
una zona delimitada; la idea es que ambos intentan sacarse
mutuamente de esta zona.
Carrera de bípedos: Mientras que en las competencias mencionadas
anteriormente los robots suelen tener una estructura rodada, en la
carrera de bípedos se enfrentan robots cuyo movimiento utiliza dos
extremidades inferiores (análogas a las extremidades inferiores de los
animales bípedos). Los robots compiten en una línea recta, siendo el
ganador el robot que atraviese el recorrido definido primero.
41
Inteligencia Artificial
“La inteligencia artificial puede considerarse como una metodología
ideada para el uso de computadoras para simular varios aspectos
del comportamiento inteligente.” (Alberto Prieto, 2002:28).
También puede ser tomada como ciencia si se enfoca hacia la
elaboración de programas basados en comparaciones con la eficiencia
del hombre, contribuyendo a un mayor entendimiento del conocimiento
humano. Si por otro lado es tomada como ingeniería, basada en una
relación deseable de entrada-salida para sintetizar un programa de
computador. El resultado es un programa de alta eficiencia que funciona
como una poderosa herramienta para quien la utiliza.
A través de la IA se han desarrollado los sistemas expertos que pueden
imitar la capacidad mental del hombre y relacionan reglas de sintaxis del
lenguaje hablado y escrito sobre la base de la experiencia, para luego
hacer juicios acerca de un problema, cuya solución se logra con mejores
juicios y más rápidamente que el ser humano. Se diferencian estos tipos
de inteligencia artificial:
Sistemas que piensan como humanos: Tratan de emular el pensamiento humano; por ejemplo las redes neuronales artificiales. La automatización de actividades que vinculamos con procesos de pensamiento humano, actividades como la toma de decisiones, resolución de problemas, aprendizaje.
42
Sistemas que actúan como humanos: Tratan de actuar como humanos; es decir, imitan el comportamiento humano; por ejemplo la robótica. El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas que, por el momento, los humanos hacen mejor. Sistemas que piensan racionalmente: Tratan de imitar o emular el pensamiento lógico racional del ser humano; por ejemplo los sistemas expertos. El estudio de los cálculos que hacen posible percibir, razonar y actuar. Sistemas que actúan racionalmente: Tratan de emular de forma racional el comportamiento humano; por ejemplo los agentes inteligentes .Está relacionado con conductas inteligentes en artefactos. (Stuart Russell y Peter Norvig, 2004:1).
Agentes Inteligentes
“Un agente es cualquier cosa capaz de percibir su medioambiente
con la ayuda de sensores y actuar en ese medio utilizando
actuadores.” (Stuart Russell y Peter Norvig, 2004:1).
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 21
AGENTE
43
Los agentes humanos tienen ojos, oídos y otros órganos que les sirven de
sensores, así como piernas, boca, manos que les sirven de efectores. En
los agentes robóticos, los sensores son sustituidos por cámaras y los
efectores son reemplazados mediante motores.
El agente puede operar sin la intervención del usuario aun si éste está
desconectado. Los agentes inteligentes incorporan funciones procedentes
de la inteligencia artificial. Tres características fundamentales de los
agentes inteligentes:
La inteligencia: el agente sabe razonar y aprende a partir de la
información que recoge.
La interactividad: el agente puede interactuar con su entorno y
otros agentes con el propósito de realizar una tarea.
La autonomía: el agente puede tomar decisiones de manera
autónoma.
Ambientes
El agente ejerce acciones sobre el ambiente, el que, a su vez, aporta
percepciones al agente. Los ambientes condicionan el diseño de los
agentes.
44
Propiedades de los Ambientes
Las diferencias básicas son las siguientes:
Accesibles y no accesibles: Si el aparato sensorial de un agente le
permita tener acceso al estado total de un ambiente, se dice que éste
es accesible a tal agente. Un agente es accesible si los sensores
detectan todos los aspectos relevantes a la elección de una acción.
Los ambientes accesibles son cómodos, ya que no es necesario que el
agente mantenga un estado interno para estar al tanto de lo que
sucede en el mundo.
Determinista y no determinista: Si el estado siguiente de un
ambiente se determina completamente mediante el estado actual y las
acciones escogidas por los agentes, el ambiente es determinista.
Episódico y no episódico: La experiencia de un agente se divide en
episodios. Cada episodio consta de un agente que percibe y actúa.
Los ambientes episódicos son más sencillos ya que el agente no tiene
que pensar por adelantado.
Estáticos y dinámicos: Si el ambiente sufre modificaciones mientras
el agente está deliberado, se dice que tal ambiente se comporta en
forma dinámica en relación con el agente se trabaja más fácil con
45
ambientes estáticos, ya que el agente no tiene que observar lo que
sucede en el mundo al mismo tiempo que decide sobre el curso de
una acción.
Si el ambiente no cambia con el paso del tiempo, pero sí se modifica la
calificación asignada al desempeño de un agente, se dice que el
ambiente es semidinámico.
Discretos y Continuos: Si existe una cantidad limitada de
percepciones y acciones distintas y claramente discernibles, se dice
que es un ambiente discreto. El caso más difícil se caracteriza por ser
inaccesible, no episódico, dinámico y continuo.
46
CUADRO N° 4
TIPOS DE AGENTES EN SU AMBIENTE
Tipo de
agente Percepciones Acciones Metas Ambiente
Sistema
para
diagnósticos
médicos
Síntomas,
evidencias y
respuestas del
paciente
Preguntas,
pruebas,
tratamientos
Paciente
saludable,
reducción al
mínimo de
costos
Paciente,
hospital
Sistema
para el
análisis de
imágenes
de satélite
Pixeles de
intensidad y
colores
diversos
Imprimir una
clasificación
de escena
Clasificación
correcta
Imágenes
enviadas
desde un
satélite
Robot
clasificador
de partes
Pixeles de
intensidad
variable
Recoger
partes y
clasificarlas
poniéndolas
en botes
Poner las
partes en el
bote que les
corresponda
Banda
transportadora
sobre la que
se encuentran
las partes
Controlador
de una
refinería
Lectura de
temperatura y
presión
Abrir y
cerrar
válvulas;
ajustar la
temperatura
Lograr
pureza,
rendimiento
y seguridad
máximos
Refinería
Asesor
interactivo
Palabras
escritas a
máquinas
Ejercicios
impresos,
sugerencias
y
correcciones
Que el
estudiante
obtenga la
máxima
calificación
en una
prueba
Grupo de
estudiantes
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
47
Lenguaje de Programación
“Un lenguaje de programación de robots sirve como interfaz entre el
usuario humano y el robot industrial” (John Craig, 2006:13).
Es un idioma artificial diseñado para expresar procesos que pueden ser
llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse
para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de
una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de
comunicación humana.
Los lenguajes de programación están formados por un conjunto de
símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el
significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se
escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente
de un programa informático se le llama programación.
Habitualmente, la programación de un robot resulta un proceso continuo
de ensayo y error. Por ello, la mayoría de los entornos de programación
son interpretados, pudiéndose realizar un seguimiento paso a paso de lo
programado y evitar el ciclo editar-compilar-ejecutar-reprogramar, costoso
en tiempo.
48
Es deseable una buena capacidad de depuración y ejecución paso a
paso. Un lenguaje de programación de robots se podría considerar ideal o
universal si cumpliese los siguientes requisitos:
Proporcionar tipos de datos convencionales (enteros, reales) pero
también otros específicos para:
El posicionamiento y orientación espacial de los elementos
actuadores.
La comprobación de sucesos, es decir, la recogida puntual o
continua de la información de las señales generadas por los
sensores y su almacenamiento en variables sensoriales.
Estas variables son de alcance global y no se inicializan
explícitamente en el programa, como las variables convencionales.
Asimismo, debe incorporar elementos de priorización de sucesos
en caso de activación simultánea de varios sensores.
Incorporar órdenes de movimiento de los actuadores en el espacio
cartesiano, sencillas y con posibilidad de elegir la trayectoria del punto
terminal entre la posición actual y la final. Asimismo, debe ser posible
memorizar la posición actual para continuar un movimiento en caso de
interrupción anormal.
49
También, debe contar con órdenes específicas para la realización de
retardos (esperas hasta que se concluya la ejecución de un
movimiento).
Proporcionar mecanismos específicos de inicialización y terminación
de las acciones del robot, como pueden ser el auto-test y el calibrado
inicial, o el posicionamiento en algunas coordenadas específicas al
principio o al final de la operación.
Incorporar medios de sincronización de sucesos, que modifiquen la
tarea normal en función de la ocurrencia de ciertos hechos o la llegada
de ciertas señales. Las acciones de un robot se sincronizan
normalmente para atender a cuatro tipos de sucesos:
Activación: Comenzar la acción al recibir una señal.
Terminación: Finalizar la acción al recibir una señal.
Error: Comenzar una secuencia de recuperación ante una señal de
error.
Anulación: Finalizar una acción ante la ausencia de señal de
terminación en un tiempo establecido.
50
Proporcionar concurrencia o paralelismo, de modo que se puedan
controlar simultáneamente todas sus articulaciones y permitir el
funcionamiento simultáneo con otros robots. Esto se puede conseguir
mediante:
Un lenguaje que permita concurrencia.
Un software que simule paralelismo mediante el reparto del tiempo
del procesador.
Usando varios elementos de computación (varios
microcontroladores).
Posibilitar la comunicación entre procesos cuando varios coexisten
simultáneamente. Esto se puede llevar a cabo mediante:
El uso de la memoria compartida.
La llamada remota a procedimientos.
El envío de mensajes.
Gozar de portabilidad a cualquier tipo de equipamiento del que se
disponga, con independencia del tipo de robot, de sensores, de
actuadores y de elementos terminales.
51
Puesto que estos lenguajes deben poder modificar en tiempo real el flujo
del programa dependiendo del estado de las señales de los sensores, el
sistema operativo que soporte tales lenguajes debe ser de tiempo real,
entendiendo por tal aquél que pueda responder a cualquier suceso
externo, es decir, a la petición de un programa, en un tiempo acotado
(suficientemente breve), sin posibilidad de que dicha petición pueda
quedar bloqueada indefinidamente
MikroBasic Pro
Hoy en día es muy común encontrarnos con una gran cantidad de
compiladores de alto nivel para los microcontroladores PIC de Microchip.
Uno de estos compiladores es MikroBasic de la empresa
MikroElectrónica.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 22
LOGO MIKROBASIC
52
El entorno de desarrollo cuenta con una amplia variedad de
características tales como: una sintaxis Basic fácil de aprender, IDE fácil
de usar, un código muy compacto y eficiente, muchos equipos y
bibliotecas de software, la documentación completa, el simulador de
software, un depurador de hardware, la generación de archivos COFF,
etc. Además incluye muchos ejemplos prácticos que permiten un rápido
inicio en la programación de microcontroladores PIC.
Similar al uso de cualquier lengua que no está limitada a los libros y a las
revistas, el lenguaje de programación Basic no está estrechamente
relacionado a un tipo particular de ordenador, procesador o sistema
operativo. Esto puede ser un problema, ya que Basic varía ligeramente
dependiendo de su aplicación (como diferentes dialectos de una lengua).
El Basic es un lenguaje de programación simple y fácil de entender. Para
utilizarlo correctamente, basta con conocer sólo unos pocos elementos
básicos en los que consiste cada programa. Estos son:
Identificadores
Comentarios
Operadores
Expresiones
Instrucciones
Constantes
53
Variables
Símbolos
Directivas
Etiquetas
Procedimientos y funciones
Módulos
Pero cabe mencionar que la característica más destacada, es la inclusión
de un IDE que hace muy cómoda la programación, ya que resalta la
sintaxis del lenguaje, proporciona acceso muy rápido a la excelente ayuda
incluida, estadísticas sobre el uso de recursos del microcontrolador, y
muchas ventajas más.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 23
INTERFAZ DE MIKROBASIC
54
En la siguiente figura se muestra la estructura de un programa simple
escrito en Basic, destacando las partes en las que consiste. Esto es un
ejemplo de cómo se debe escribir un programa.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 24
ESQUEMA DE UN PROGRAMA BÁSICO
55
2.3 Fundamentación Legal
La fundamentación legal para los estudios según la nueva ley de
educación superior se refleja en los artículos:
Art. 8.- Serán Fines de la Educación Superior.- La educación superior
tendrá los siguientes fines:
a) Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la
producción científica y a la promoción de las transferencias e
innovaciones tecnológicas;
b) Fortalecer en las y los estudiantes un espíritu reflexivo orientado al
logro de la autonomía personal, en un marco de libertad de
pensamiento y de pluralismo ideológico;
c) Contribuir al conocimiento, preservación y enriquecimiento de los
saberes ancestrales y de la cultura nacional;
d) Formar académicos y profesionales responsables, con conciencia
ética y solidaria, capaces de contribuir al desarrollo de las
instituciones de la República, a la vigencia del orden democrático, y
a estimular la participación social;
56
e) Aportar con el cumplimiento de los objetivos del régimen de
desarrollo previsto en la Constitución y en el Plan Nacional de
Desarrollo;
f) Fomentar y ejecutar programas de investigación de carácter
científico, tecnológico y pedagógico que coadyuven al
mejoramiento y protección del ambiente y promuevan el desarrollo
sustentable nacional;
g) Constituir espacios para el fortalecimiento del Estado
Constitucional, soberano, independiente, unitario, intercultural,
plurinacional y laico; y,
h) Contribuir en el desarrollo local y nacional de manera permanente,
a través del trabajo comunitario o extensión universitaria.
Art. 28.- Fuentes complementarias de ingresos y exoneraciones
tributarias.- Las instituciones de educación superior públicas podrán crear
fuentes complementarias de ingresos para mejorar su capacidad
académica, invertir en la investigación, en el otorgamiento de becas y
ayudas económicas, en formar doctorados, en programas de posgrado, o
inversión en infraestructura, en los términos establecidos en esta Ley.
Las instituciones de educación superior públicas gozarán de los
beneficios y exoneraciones en materia tributaria y arancelaria, vigentes en
57
la Ley para el resto de instituciones públicas, siempre y cuando esos
ingresos sean destinados exclusivamente y de manera comprobada a los
servicios antes referidos.
Los servicios de asesoría técnica, consultoría y otros que constituyan
fuentes de ingreso alternativo para las universidades y escuelas
politécnicas, públicas o particulares, podrán llevarse a cabo en la medida
en que no se opongan a su carácter institucional sin fines de lucro. El
Consejo de Educación Superior regulará por el cumplimento de esta
obligación mediante las regulaciones respectivas.
Art. 30.- Asignaciones y rentas del Estado para universidades y escuelas
politécnicas particulares.- Las universidades y escuelas politécnicas
particulares que a la entrada de vigencia de la Constitución de la
República del Ecuador reciban asignaciones y rentas del Estado, podrán
continuar percibiéndolas en el futuro.
Están obligadas a destinar dichos recursos al otorgamiento de becas de
escolaridad e investigación a estudiantes matriculados en programas
académicos de cualquier nivel, que por su origen socio económico, etnia,
género, discapacidad o lugar de residencia, entre otros, tengan dificultad
para acceder, mantenerse y terminar exitosamente su formación, desde el
inicio de la carrera; así como también, becas de docencia e investigación
para la obtención del título de cuarto nivel.
58
Art. 37.- Exoneración de tributos.- Se establecen exoneraciones
tributarias conforme a las siguientes disposiciones:
a) Las instituciones de educación superior están exentas del pago de
toda clase de impuestos y contribuciones fiscales, municipales,
especiales o adicionales, incluyendo la contribución a la Contraloría
General del Estado;
b) En los actos y contratos en que intervengan estas instituciones, la
contraparte deberá pagar el tributo, en la proporción que le
corresponda; y,
c) Todo evento cultural y deportivo organizado por las instituciones
del Sistema de Educación Superior en sus locales estará exento de
todo impuesto siempre y cuando sea en beneficio exclusivo de la
institución que lo organiza.
Art. 71.- Principio de igualdad de oportunidades.- El principio de igualdad
de oportunidades consiste en garantizar a todos los actores del Sistema
de Educación Superior las mismas posibilidades en el acceso,
permanencia, movilidad y egreso del sistema, sin discriminación de
género, credo, orientación sexual, etnia, cultura, preferencia política,
condición socioeconómica o discapacidad.
59
Las instituciones que conforman el Sistema de Educación Superior
propenderán por los medios a su alcance que, se cumpla en favor de los
migrantes el principio de igualdad de oportunidades. Se promoverá
dentro de las instituciones del Sistema de Educación Superior el acceso
para personas con discapacidad bajo las condiciones de calidad,
pertinencia y regulaciones contempladas en la presente Ley y su
Reglamento. El Consejo de Educación Superior, velará por el
cumplimiento de esta disposición.
Art. 80.- Gratuidad de la educación superior pública hasta el tercer nivel.-
Se garantiza la gratuidad de la educación superior pública hasta el tercer
nivel. La gratuidad observará el criterio de responsabilidad académica de
los y las estudiantes, de acuerdo con los siguientes criterios:
a) La gratuidad será para los y las estudiantes regulares que se
matriculen en por lo menos el sesenta por ciento de todas las
materias o créditos que permite su malla curricular en cada
período, ciclo o nivel;
b) La gratuidad será también para los y las estudiantes que se
inscriban en el nivel preuniversitario, prepolitécnico o su
equivalente, bajo los parámetros del Sistema de Nivelación y
Admisión.
60
c) La responsabilidad académica se cumplirá por los y las estudiantes
regulares que aprueben las materias o créditos del período, ciclo o
nivel, en el tiempo y en las condiciones ordinarias establecidas. No
se cubrirán las segundas ni terceras matrículas, tampoco las
consideradas especiales o extraordinarias.
d) El Estado, por concepto de gratuidad, financiará una sola carrera o
programa académico de tercer nivel por estudiante. Se exceptúan
los casos de las y los estudiantes que cambien de carrera o
programa, cuyas materias puedan ser revalidadas.
e) La gratuidad cubrirá exclusivamente los rubros relacionados con la
primera matrícula y la escolaridad; es decir, los vinculados al
conjunto de materias o créditos que un estudiante regular debe
aprobar para acceder al título terminal de la respectiva carrera o
programa académico; así como los derechos y otros rubros
requeridos para la elaboración, calificación, y aprobación de tesis
de grado.
f) Se prohíbe el cobro de rubros por utilización de laboratorios,
bibliotecas, acceso a servicios informáticos e idiomas, utilización de
bienes y otros, correspondientes a la escolaridad de los y las
estudiantes universitarios y politécnicos.
61
g) Para garantizar un adecuado y permanente financiamiento del
Sistema de Educación Superior y la gratuidad, la Secretaría
Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación
desarrollará un estudio de costos por carrera/programa académico
por estudiante, el cual será actualizado periódicamente.
h) Se pierde de manera definitiva la gratuidad, si un estudiante regular
reprueba, en términos acumulativos, el treinta por ciento de las
materias o créditos de su malla curricular cursada.
i) La gratuidad cubrirá todos los cursos académicos obligatorios para
la obtención del grado.
Art. 117.- Tipología de instituciones de Educación Superior.- Las
instituciones de Educación Superior de carácter universitario o politécnico
se clasificarán de acuerdo con el ámbito de las actividades académicas
que realicen. Para establecer esta clasificación se tomará en cuenta la
distinción entre instituciones de docencia con investigación, instituciones
orientadas a la docencia e instituciones dedicadas a la educación superior
continua.
En función de la tipología se establecerán qué tipos de carreras o
programas podrán ofertar cada una de estas instituciones, sin perjuicio de
que únicamente las universidades de docencia con investigación podrán
ofertar grados académicos de PhD o su equivalente.
62
Esta tipología será tomada en cuenta en los procesos de evaluación,
acreditación y categorización.
Art. 118.- Niveles de formación de la educación superior.- Los niveles de
formación que imparten las instituciones del Sistema de Educación
Superior son:
a) Nivel técnico o tecnológico superior, orientado al desarrollo de las
habilidades y destrezas que permitan al estudiante potenciar el
saber hacer. Corresponden a éste los títulos profesionales de
técnico o tecnólogo superior, que otorguen los institutos superiores
técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios
superiores. Las instituciones de educación superior no podrán
ofertar títulos intermedios que sean de carácter acumulativo.
b) Tercer nivel, de grado, orientado a la formación básica en una
disciplina o a la capacitación para el ejercicio de una profesión.
Corresponden a este nivel los grados académicos de licenciado y
los títulos profesionales universitarios o politécnicos, y sus
equivalentes. Sólo podrán expedir títulos de tercer nivel las
universidades y escuelas politécnicas. Al menos un 70% de los
títulos otorgados por las escuelas politécnicas deberán
corresponder a títulos profesionales en ciencias básicas y
aplicadas.
63
c) Cuarto nivel, de postgrado, está orientado al entrenamiento
profesional avanzado o a la especialización científica y de
investigación. Corresponden al cuarto nivel el título profesional de
especialista; y los grados académicos de maestría, PhD o su
equivalente. Para acceder a la formación de cuarto nivel, se
requiere tener título profesional de tercer nivel otorgado por una
universidad o escuela politécnica, conforme a lo establecido en
esta Ley.
Las universidades y escuelas politécnicas podrán otorgar títulos de
nivel técnico o tecnológico superior cuando realicen alianzas con
los institutos de educación superior o creen para el efecto el
respectivo instituto de educación superior, inclusive en el caso
establecido en la Disposición Transitoria Vigésima Segunda de la
presente Ley.
Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes
ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida,
las culturas y la soberanía, tendrá como finalidad:
1) Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y
tecnológicos.
2) Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales.
64
3) Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción
nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de
vida y contribuyan a la realización del buen vivir.
Art. 386.- El sistema comprenderá programas, políticas, recursos,
acciones, e incorporará a instituciones del Estado, universidades y
escuelas politécnicas, institutos de investigación públicos y particulares,
empresas públicas y privadas, organismos no gubernamentales y
personas naturales o jurídicas, en tanto realizan actividades de
investigación, desarrollo tecnológico, innovación y aquellas ligadas a los
saberes ancestrales.
El Estado, a través del organismo competente, coordinará el sistema,
establecerá los objetivos y políticas, de conformidad con el Plan Nacional
de Desarrollo, con la participación de los actores que lo conforman.
Art. 387.- Será responsabilidad del Estado:
1) Facilitar e impulsar la incorporación a la sociedad del conocimiento
para alcanzar los objetivos del régimen de desarrollo.
2) Promover la generación y producción de conocimiento, fomentar la
investigación científica y tecnológica, y potenciar los saberes
ancestrales, para así contribuir a la realización del buen vivir, al
sumak kawsay.
65
3) Asegurar la difusión y el acceso a los conocimientos científicos y
tecnológicos, el usufructo de sus descubrimientos y hallazgos en el
marco de lo establecido en la Constitución y la Ley.
4) Garantizar la libertad de creación e investigación en el marco del
respeto a la ética, la naturaleza, el ambiente, y el rescate de los
conocimientos ancestrales.
5) Reconocer la condición de investigador de acuerdo con la Ley.
Art. 388.- El Estado destinará los recursos necesarios para la
investigación científica, el desarrollo tecnológico, la innovación, la
formación científica, la recuperación y desarrollo de saberes ancestrales y
la difusión del conocimiento.
Un porcentaje de estos recursos se destinará a financiar proyectos
mediante fondos concursables. Las organizaciones que reciban fondos
públicos estarán sujetas a la rendición de cuentas y al control estatal
respectivo.
66
2.4 Preguntas a Contestarse
Las hipótesis de esta investigación son las siguientes:
1. ¿Qué programa sería el más óptimo para dotar a un robot de
autonomía respecto a la toma de decisión referente a las acciones a
ejecutarse?
2. ¿Cómo lograr que los movimientos del robot sean precisos y así evitar
cualquier tipo de rozamiento con las paredes del entorno?
3. ¿El desarrollo de la tesis motivará a otros estudiantes a interesarse
más en el mundo de la robótica?
4. ¿De qué manera influye la robótica en el hombre?
5. ¿Por qué promover el uso de robótica en las instituciones educativas?
67
2.5 Variables de la Investigación
CUADRO N° 5
VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN
Tipo de
Variable Variable Indicadores
Independiente
Diagnóstico de la
necesidad de crear un
robot que tome sus
propias decisiones en
base a su entorno.
Conocimientos en el
campo de la robótica.
Análisis de los datos de
encuestas.
Resultados de las
encuestas.
Dependiente
Motivar a que se
realicen más
investigaciones
educativas aplicadas a
la robótica.
Estimación de costos y
tiempo.
Interés en avances
tecnológicos.
Desarrollar propuesta
de un robot para dar
una solución a un
entorno y pueda ser
aplicado en la vida
diaria.
Rendimiento del registro
positivo
Seguridad
Eficacia
Mejoramiento en la toma
de decisiones.
Eficiencia
Excelencia
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
68
2.6 Definiciones Conceptuales
Actuadores: Son los que generan la fuerza para animar la estructura
mecánica.
Avances tecnológicos: es un proceso evolutivo que permite la
transformación de herramientas tecnológicas para mejor el entorno
actual de las personas.
COFF: Common Object File Format es una especificación de formato
para archivos ejecutables, código objeto y bibliotecas compartidas.
Efectores: Es un dispositivo que afecta o modifica el entorno de la
máquina.
First Lego League: Es una compañía que realiza concursos
anuales mundiales para estudiantes de primaria y secundaria. Los
estudiantes buscan soluciones a los problemas dados por la
compañía y las exponen en las competencias.
IDE: Entorno de Desarrollo Integrado es un programa informático
empaquetado como un programa de aplicación, es decir, un editor de
código, un compilador, un depurador y un constructor de interfaz
gráfica.
69
Investigaciones educativas: Es un proceso de investigación para el
desarrollo de aprendizaje en el aula, principalmente orientada a los
estudiantes para incrementar sus habilidades.
Laberinto: Es un entorno que está formado por carriles y encrucijada
con el propósito de confundir a la persona que intente resolverlo.
Manipuladores: Son dispositivos que se utilizan bajo el control
humano para manipular cualquier tipo de materiales sin contacto
directo.
PIC: Controlador de Interfaz Periférico son una familia de
microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc.
Robocup: Es un proyecto internacional creado en 1997 con el
propósito de promover investigaciones y educación sobre Inteligencia
Artificial a través de competencias integradas por robots autónomos.
Robot: Es un agente artificial o sistema dotado de autonomía creado
por el ser humano con un único propósito, que es el de facilitar la vida
diaria del hombre, ya que estos pueden realizar sus movimientos con
una mayor precisión además de poder realizar múltiples tareas, según
su programación.
70
Robótica: Es la ciencia de la tecnología que estudia el diseño y
construcción de sistemas complejos dotados de inteligencia artificial,
es decir, robots autómatas programables capaces de realizar
diferentes tareas.
Tiempo de respuesta: Es el tiempo que pasa desde que se envía una
comunicación y se recibe la respuesta. Este tiempo de respuesta es
debido a varias contribuciones.
Toma de decisiones: Es una resolución que se obtiene después de
analizar dos o más opciones para dar una solución a un problema.
71
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3. 1 Diseño de la Investigación
Modalidad de la Investigación
El diseño es la estructura a seguir en una investigación, ejerciendo el control de la misma a fin de encontrar resultados confiables y su relación con las interrogantes surgidos de los supuestos e hipótesis - problema. (Mario Tamayo, 2002:108).
Tomando en cuenta los objetivos antes mencionados, la modalidad de
investigación para el presente estudio, corresponde al de un proyecto
factible puesto que como resultado se hará una propuesta viable
destinada atender necesidades específicas a partir de un diagnóstico,
como es de darle solución al entorno que se encuentre el robot.
El Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestría y Tesis
Doctorales menciona que:
El proyecto factible consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades. (Maritza Barrios, 1998:7).
72
Dependiendo del problema por lo general se puede advertir que un
proyecto es factible, si este se plantea como la solución a algún problema
en la sociedad. Por otra parte todo proyecto factible comprende las
siguientes etapas generales:
Diagnóstico, planteamiento y fundamentación teórica de la propuesta; procedimiento metodológico, actividades y recursos necesarios para su ejecución; análisis y conclusiones sobre la viabilidad y realización del Proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecución de la propuesta y la evaluación tanto del proceso como de sus resultados. (Maritza Barrios, 1998:7).
Tipo de Investigación
Para el presente trabajo, el tipo de investigación es descriptivo y
exploratorio, puesto que se realizarán una serie de encuestas, pare
después tabularlas, analizar e interpretar los resultados para poder
determinar la factibilidad de proceder al diseño del programa de tesis en
robótica.
Una investigación descriptiva:
Comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual, y la composición o procesos de los fenómenos. La investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hecho, y su característica fundamental es la de presentarnos una interpretación correcta. (Mario Tamayo, 2002:46).
73
Una investigación exploratoria tiene como objetivo:
Examinar un tema o problema de investigación poco estudiado del cual se tienen muchas dudas o se ha abordado antes. Es decir, cuando la revisión de la literatura reveló que tan sólo hay guías no investigadas o ideas vagamente relacionadas con el problema de estudio, o bien, si deseamos indagar sobre temas y áreas desde nuevas perspectivas. (Hernández, Fernández y Baptista, 2006:100).
3.2 Población
“Una población es un grupo de posibles participantes al cual usted
desea generalizar los resultados del estudio.” (Neil Salkind, 1998:96).
Para esta investigación la población seleccionada fue dirigida a los
estudiantes de la Universidad de Guayaquil - Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales y expertos en robótica, lo cuales brindaron su
asesoramiento en el tema.
CUADRO N° 6
POBLACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
N° DETALLE N° %
1 Estudiantes 228 99,1%
2 Expertos 2 0,9 %
TOTAL 230 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
74
El proyecto cuenta con una población de 230 personas a encuestar, las
cuales se dividen en dos grupos: 228 estudiantes y 2 expertos en
robótica.
3.3 Operacionalización de variables
CUADRO N° 7
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tipo de
Variable Variable Dimensiones Indicadores
Independiente
Diagnóstico de la
necesidad de crear
un robot que tome
sus propias
decisiones en base
a su entorno.
En las
Universidades
En la ciudad
En el país
Conocimientos
en el campo de
la robótica.
Análisis de los
datos de
encuestas.
Resultados de
las encuestas.
Dependiente
Motivar a que se
realicen más
investigaciones
educativas
aplicadas a la
robótica.
Competencias
educativas
nacionales e
internacionale
s.
Estimación de
costos y
tiempo.
Interés en
avances
tecnológicos.
Desarrollar
propuesta de un
robot para dar una
solución a un
entorno y pueda ser
aplicado en la vida
diaria.
Profesionales
en áreas de
tecnología en
robótica
Graduados de
sistemas,
electrónica,
mecánica.
Creación de la
tesis.
Rendimiento
del registro
positivo
Seguridad
Mejoramiento
en la toma de
decisiones.
Eficiencia
Excelencia
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
75
3.4 Instrumentos de Recolección de Datos
Técnicas
Efectuar una investigación requiere, como ya se ha mencionado, de una
selección adecuada del tema objeto del estudio, de un buen
planteamiento de la problemática a solucionar y de la definición del
método científico que se utilizará para llevar a cabo dicha investigación,
por lo que en el presente estudio usaremos técnicas de campo como:
Encuestas
Observación
Entrevistas
Instrumentos
CUADRO N° 8
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
TÉCNICAS INSTRUMENTOS
Encuestas Cuestionarios
Observación Guías y registro de observación
Entrevistas Guión de entrevistas
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
76
3.5 Procedimientos de la Investigación
En el estudio se intentó recolectar información referente al diseño y
desarrollo de un robot móvil que mediante la toma de decisiones sea
capaz de resolver un laberinto. Los procedimientos que se utilizaron
fueron los siguientes:
Capítulo I - El problema
Ubicación del Problema en un Contexto
Situaciones, Conflictos, Nudos Críticos
Causas y Consecuencias del Problema
Delimitaciones del Problema
Formulación del Problema
Evaluación del Problema
Objetivos del Problema
Alcance del Problema
Justificación e Importancia
Capítulo II - Marco Teórico
Antecedentes del Estudio
Fundamentación Teórica
Fundamentación Legal
Preguntas a Contestarse
Variables de Investigación
Definiciones Conceptuales
77
Capítulo III - Metodología
Diseño de la Investigación
Población
Operacionalización de Variables
Instrumentos de Recolección de Datos
Procedimientos de la Investigación
Recolección de la Información
Procesamiento y Análisis
Criterios para la Elaboración de la Propuesta
Criterios de Validación de la Propuesta
Capítulo IV - Marco administrativo
Cronograma
Presupuesto
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
Capítulo VI - Propuesta
Planificación de la Propuesta
EDT del Proyecto
Fase 1: Diseño de la Propuesta
Fase 2: Desarrollo de la Propuesta
Fase 3: Pruebas de la Propuesta
Anexos
Cronograma
Glosario
78
3.6 Recolección de la Información
“Recolectar los datos implica elaborar un plan detallado de
procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósito
específico.” (Hernández, Fernández y Baptista, 2006:100).
La recolección de datos se deben considerar cuatro pasos:
1. La construcción de formatos para recabar la información que servirán para organizar los datos recolectados.
2. La codificación que sirve para representar esos datos en un formato de recopilación de datos en la forma más eficiente posible.
3. La recopilación en sí de los datos. 4. Su asentamiento en el formato de recopilación de datos.
(Neil Salkind, 1999:160).
En cuanto a las actividades que se realizaron para recolectar los datos
podemos mencionar que:
Se realizaron entrevistas a los expertos en robótica para analizar
los requerimientos del proyecto.
Para el desarrollo del cuestionario se utilizaron preguntas sencillas
agrupadas en bloques de información general, específica y
complementaria.
Para la obtención de las respuestas se aplicó el método de
evaluaciones sumarias o también conocido como escala de Likert.
79
3.7 Procesamiento y Análisis
Una vez que los datos recolectados sean guardados o transferidos a un
archivo se procede a analizarlos. El análisis de los datos depende de tres
factores:
1. El nivel de medición de las variables. 2. La manera como se hayan formulado las hipótesis. 3. El interés del investigador. (Hernández, Fernández y Baptista, 1988:342).
Lo que nos indica que el análisis varía en cada caso. Ahora los procesos
de análisis se facilitan por el empleo de la tecnología informática, con el
uso de lectores ópticos para registrar rápida y directamente los datos, y
también con la aplicación de paquetes estadísticos con software
apropiado como el SPSS.
Análisis e Interpretación de Datos
La investigación de campo fue aplicada a través de un cuestionario a 228
personas, formado por estudiantes de la Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales y entrevistas a 2 expertos en robótica. El
instrumento antes de ser aplicado fue validado por el tutor de la tesis así
como por expertos del área; como resultado se obtuvo un cuestionario
definitivo para poderlo aplicar.
Una vez realizadas las encuestas e investigaciones se obtuvo los
siguientes datos para darnos cuenta de la factibilidad del proyecto.
80
CUADRO N° 9
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 1
¿A usted le interesan los avances tecnológicos en la robótica?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Sí, tengo gran interés en los avances
tecnológicos 95 41,7 %
Sí, tengo un interés promedio en los
avances tecnológicos 75 32,9 %
Sí, pero poco interés en los avances
tecnológicos 44 19,3 %
No me interesan los avances tecnológicos 14 6,1 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
6,1% no le interesan los avances tecnológicos en la robótica, el 19,3%
tienen poco interés, el 32,9 % tienen un promedio de interés y el 41,7%
tienen un gran interés.
GRÁFICO N° 25
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 1
41,7%
32,9%
19,3%
6,1% Sí, tengo gran interés enlos avances tecnológicos
Sí, tengo un interéspromedio en los avancestecnológicosSí, pero poco interés en losavances tecnológicos
No me interesan losavances tecnológicos
81
CUADRO N° 10
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 2
¿Usted considera que la robótica ha resultado importante para la
humanidad?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Totalmente de acuerdo 112 49,1 %
De acuerdo 95 41,7 %
Me es indiferentes 15 6,6 %
En desacuerdo 5 2,2 %
Totalmente en desacuerdo 1 0,4 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
0,4% está totalmente en desacuerdo en que la robótica es importante
para la humanidad, el 2,2% en desacuerdo, el 6,6% le es indiferente, el
41,7% está de acuerdo y el 49,1% está totalmente de acuerdo.
GRÁFICO N° 26
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 2
49,1%
41,7%
6,6% 2,2% 0,4%
Totalmente de acuerdo
De acuerdo
Me es indiferentes
En desacuerdo
Totalmente endesacuerdo
82
CUADRO N° 11
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 3
¿En qué área usted cree que un robot podría ser más útil?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
En las industrias 106 46,5 %
Uso personal 24 10,5 %
En la medicina 92 40,4 %
Otros 6 2,6 %
Robots no son especialmente útiles 0 0,0 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
0% piensa que los robots no son útiles, el 2,6% piensan que son útiles en
otras áreas, el 40,4% que son útiles en la medicina, el 10,5% que son
útiles para uso personal y el 46,5% que los robots son útiles en las
industrias.
GRÁFICO N° 27
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 3
0,0%5,0%
10,0%15,0%20,0%25,0%30,0%35,0%40,0%45,0%50,0%
En lasindustrias
Uso personal En la medicina Otros Robots no sonespecialmente
útiles
83
CUADRO N° 12
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 4
Según lo que conoce: ¿Cree usted que la robótica ha traído
consigo un gran número de aspectos positivos?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Sí, siempre 89 39,0 %
Sí, casi siempre 105 46,1 %
Con frecuencia 34 14,9 %
Casi Nunca 0 0,0 %
Nunca 0 0,0 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
0% piensan que la robótica nunca y casi nunca ha traído consigo
aspectos positivos, el 14,9 % con frecuencia, el 46,1% casi siempre y el
39% indica que la robótica siempre ha traído consigo grandes aspectos
positivos.
GRÁFICO N° 28
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 4
39,0%
46,1%
14,9%
0,0% 0,0% Sí, siempre
Sí, casi siempre
Con frecuencia
Casi Nunca
Nunca
84
CUADRO N° 13
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 5
Conoce usted si en su universidad existe algún tipo de programa sobre
robótica o mecatrónica?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Sí, conozco y he participado 32 14,0 %
Sí, conozco pero no he participado 109 47,8 %
No conozco pero si he escuchado que existe 62 27,2 %
No tengo conocimiento de su existencia 25 11,0 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
11,0% no tiene conocimiento de que existe un programa de robótica o
mecatrónica en la universidad, el 27,2% no conoce pero si ha escuchado
de su existencia, el 47,8% conoce de sus existencia pero no ha
participado y el 14,0% lo conoce y ha participado.
GRÁFICO N° 29
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 5
14,0%
47,8%
27,2%
11,0%
Sí, conozco y heparticipado
Sí, conozco pero no heparticipado
No conozco pero si heescuchado que existe
No tengoconocimiento de suexistencia
85
CUADRO N° 14
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 6
¿Qué opina sobre la creación de un laboratorio de robótica en la
carrera?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Totalmente de acuerdo 74 32,5 %
De acuerdo 115 50,4 %
Me es indiferentes 26 11,4 %
En desacuerdo 8 3,5 %
Totalmente en desacuerdo 5 2,2 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
2,2% está totalmente en desacuerdo en la creación de un laboratorio de
robótica en la carrera, el 3,5% en desacuerdo, el 11,4% le es indiferente,
el 50,4% está de acuerdo y el 32,5% está totalmente de acuerdo en crear
un laboratorio de robótica.
GRÁFICO N° 30
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 6
32,5%
50,4%
11,4%
3,5% 2,2% Totalmente deacuerdo
De acuerdo
Me es indiferentes
En desacuerdo
Totalmente endesacuerdo
86
CUADRO N° 15
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 7
¿Te gustaría diseñar y desarrollar un robot?
DETALLE FRECUENCIA PORCENTAJE
Sí, me parece interesante 87 38,2 %
Sí, me llama un poco la
atención 112 49,1 %
Me es indiferente 26 11,4 %
No me parece interesante 3 1,3 %
TOTAL DE LA POBLACIÓN 228 100,0 %
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Análisis: Se observa que de un total de 228 personas encuestadas, el
1,2% no le parece interesante diseñar un robot, el 11,4% le es indiferente,
el 49,1% le llama un poco la atención y el 38,2% le parece interesante
diseñar un robot.
GRÁFICO N° 31
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES - PREGUNTA 7
38,2%
49,1%
11,4%
1,3% Sí, me pareceinteresante
Sí, me llama un pocola atención
Me es indiferente
No me pareceinteresante
87
Entrevista a Expertos
1) ¿Cuáles son los sectores en los que la robótica está más
desarrollada y cuáles son algunas de esas aplicaciones reales en
las que se está investigando?
Experto # 1: Sin duda en Japón pero también en Estados Unidos en
el área de la medicina, los avances son sorprendentes. Hay un robot
denominado Da Vinci que sirve para operar. Se lo considera como los
ojos y los brazos del médico, y aunque es el especialista el que lo
controla, permite reducir las vibraciones humanas o prevenir errores si
va a hacer algo indebido.
Experto # 2: Japón es uno de los países con un alto índice de
desarrollo en la tecnología pero no el único, en Sudáfrica, ahora se
está trabajando con robots que son capaces de volar como aviones no
tripulados, que van en búsqueda de medicamentos y vuelven sin
necesidad de una persona. Son el sustituto de la paloma mensajera.
2) ¿Cuáles son las principales limitaciones al desarrollo de la
robótica?
Experto # 1: Una de las principales limitaciones se centra en el
desarrollo de la Inteligencia Artificial, es decir poder dotar a una
máquina con suficientes recursos para que este pueda tomar
decisiones reales y útiles sin opción a confundirse por las situaciones
que se le presenten.
88
Experto # 2: El desarrollo de la robótica se ve limitada por la
inteligencia de la cual se provee a la máquina. En la actualidad el
hombre desea crear una máquina que imite el comportamiento
humano pero esto aún sigue en un plan de desarrollo a futuro, se han
creado robots que tomen decisiones pero ninguno en tiempo real, por
eso decimos que la inteligencia limita el desarrollo de la robótica.
3) ¿Cuál sería el robot que a usted le gustaría inventar?
Experto # 1: Un robot que imite el comportamiento humano con tal
precisión, sería el primero en crear un robot de ese tipo. Sería tratado
como un apoyo para la sociedad.
Experto # 2: Un robot que se pueda aplicar en la educación, ya que
sería práctico que los estudiantes aprendan sus clases de una forma
dinámica.
4) ¿Qué potencial tiene un robot que pueda desenvolverse en
diferentes entornos?
Experto # 1: Un robot de este tipo tiene que ser dotado de inteligencia
que le permita tomar decisiones óptimas para dar una solución. Una
vez que tenga esta inteligencia el robot tiene un alto potencial para
poder aplicarlos en diferentes áreas, por ejemplo en búsqueda y
rescate.
89
Experto # 2: Si se provee a una máquina con suficiente inteligencia
para que pueda dar solución a cualquier entorno tendría un potencial
alto, ya que existen muchas áreas que son de alto riesgo para el ser
humano y estos robots nos facilitarían dichas tareas.
Preguntas a Contestarse
1. ¿Qué programa sería el más óptimo para dotar a un robot de
autonomía respecto a la toma de decisión referente a las acciones
a ejecutarse?
El mejor programa que podemos utilizar para dotar al robot de
autonomía para que pueda ser capaz de tomar decisiones para dar
solución a un laberinto es el MikroBasic porque es un completo y
eficiente entorno IDE, es decir, que en un único paquete software está
comprendido el editor de código fuente, el compilador Basic, el
debugger y el programador para escribir sobre nuestro PIC.
2. ¿Cómo lograr que los movimientos del robot sean precisos y así
evitar cualquier tipo de rozamiento con las paredes del entorno?
La mejor manera de que los movimientos sean precisos es colocar una
rueda loca en la parte frontal del robot ya que esta rueda tiene como
característica permitir giros con mayor precisión además de programar
la distancia máxima y mínima que el robot debe de tener en relación
con la pared derecha.
90
3. ¿El desarrollo de la tesis motivará a otros estudiantes a
interesarse más en el mundo de la robótica?
En base a los resultados obtenidos de estudiantes y expertos en el
tema robótica se puede observar que si genera un despertar de
ideas con respecto a la tecnología.
4. ¿De qué manera influye la robótica en el hombre?
La robótica influye mucho en la vida diaria del hombre, ya que estos
pueden realizar tareas con una mayor precisión y con menores costos
de producción, lo que al hombre le beneficia.
5. ¿Por qué promover el uso de robótica en las instituciones
educativas?
La presencia de estas tecnologías en las instituciones educativas
ayuda a que los estudiantes desarrollen un ambiente de aprendizaje y
adquieran habilidades para estructurar investigaciones que los motiven
a crear innovaciones que contribuyan al desarrollo del mundo actual.
3.8 Criterios para la Elaboración de la Propuesta
La propuesta es la creación de un programa que le permita tomar
decisiones a un robot para que resuelva un laberinto y que puede ser
aplicado en la vida diaria para ayudar a realizar tareas que tienen un nivel
alto de dificultad para el hombre.
91
El proyecto fue desarrollado en las instalaciones de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales.
3.9 Criterios de Validación de la Propuesta
Se validará la capacidad de conocer las diferencias entre máquina,
máquina automática y robot.
Se validará la capacidad de saber de la existencia de distinto tipos de
robots y aplicaciones de éstos.
Se validará la capacidad de conocer las partes de un robot.
Se validará la capacidad de distinguir los tipos de sensores y motores
que existen.
Se validará la capacidad de manejar el MikroBasic Pro.
Se validará la capacidad de construir robots utilizando los kits de
robótica de Ideas & Tecnologías.
Se validará la capacidad de programar robots para que realicen las
tareas que se especifiquen.
92
CAPÍTULO IV
MARCO ADMINISTRATIVO
4.1 Cronograma
Las actividades son un proceso mediante el cual obtenemos un producto y dichas actividades deben de regirse en un
orden específico, es decir no se puede comenzar otra tarea sin haber terminado la anterior.
CUADRO N° 16
CRONOGRAMA
ID NOMBRE FECHA DE INICIO FECHA DE FIN DURACIÓN RECURSO
1 Proyecto 1/02/12 28/02/12 387 María José Chávez
2 Capítulo I - Planteamiento del Problema 1/02/12 30/03/12 58 María José Chávez
16 Capítulo II - Marco Teórico 2/04/12 27/05/12 55 María José Chávez
23 Capítulo III - Metodología 4/06/12 1/08/12 59 María José Chávez
33 Capítulo IV - Marco Administrativo 6/08/12 17/08/12 12 María José Chávez
36 Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones 20/08/12 30/08/12 11 María José Chávez
39 Capítulo VI - Propuesta 3/09/12 21/02/13 167 María José Chávez
51 Anexos 22/02/13 28/02/13 7 María José Chávez
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
93
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 32
DIAGRAMA DE GANTT DEL PROYECTO
94
4.2 Presupuesto
La tesis fue desarrollada con dedicación, perseverancia y optimismo, la
cual fue financiada por el Ing. Luis Alberto Cevallos quien presentó interés
en el desarrollo de la misma por ser un proyecto novedoso en el campo
de la robótica y además interesado en el robot para concursos
tecnológicos.
Detalles de los Ingresos
El ingreso y financiamiento del proyecto tecnológico se lo obtuvo de
ingreso total de $ 1.653,42 durante el período que duró el desarrollo del
proyecto. Estos ingresos ayudaron a cubrir todos los gastos que conlleva
la realización de un proyecto de tal magnitud. Fue muy importante contar
con este ingreso para poder cumplir de manera satisfactoria su desarrollo.
CUADRO N° 17
INGRESOS
DETALLE DÓLARES
Financiamiento Externo - Ing. Luis Cevallos $ 1.653,42
TOTAL DE INGRESOS $ 1.653,42
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
95
Detalles de los Egresos
CUADRO N° 18
EGRESOS
EGRESOS VALOR
UNITARIO VALOR
PARCIAL VALOR TOTAL
Suministros de oficinas y computación $ 40,00
Impresiones $ 60,00
Computadora y servicios de internet $ 50,00
Componentes del Robot y elementos del laberinto
$ 353,42
1 Programador P.PIC I&T 04 $ 26,76 $ 26,76
1 Módulo puente P.H.I&T 04 $ 17,17 $ 17,17
2 Micromotor DC $ 24,18 $ 48,36
3 Sensor Infrarrojo Sharp $ 30,57 $ 91,71
1 Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 $ 49,40 $ 49,40
1 Rueda loca $ 6,02 $ 6,02
1 Par de llantas Wheel $ 14,20 $ 14,20
1 Par de Sujetadores $ 6,80 $ 6,80
1 Placa Acrílica $ 25,00 $ 25,00
1 Madera Base $ 25,00 $ 25,00
2 Baterías 9 V $ 1,50 $ 3,00
1 Otros materiales $ 40,00 $ 40,00
Ensamblaje del Robot y Laberinto $ 45,00
Programador $ 300,00 $ 1.000,00
Empastado de la tesis $ 20,00
Transporte $ 30,00
Refrigerio $ 55,00
TOTAL DE EGRESOS $ 1.653,42
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Detalles:
Suministros de oficina y computación: El valor cubre la compra
de hojas y cartuchos para la elaboración e impresión del proyecto.
96
Impresiones: El valor cubre todas las copias de las hojas de las
encuestas y de todos los borradores y original de la tesis.
Computadora y servicio de internet: El valor cubre las dos
laptops que se necesitaron para el desarrollo del proyecto e
investigaciones del mismo.
Componente del robot y elementos del laberinto: El valor cubre
todos los componentes que se necesitaron para ensamblar el robot
y también para la compra de materiales del laberinto.
Ensamblaje del Robot y laberinto: Dicho valor cubre la
contratación de una persona para armar el robot y el laberinto.
Programador: Dicho valor cubre la contratación de un
programador por un período de 4 meses.
Empastado de la tesis: El valor cubre el arreglo de la carpeta de
la tesis para presentar detalladamente el proyecto al jurado.
Transporte: Valor destinado para la movilización a diferentes
lugares para las investigaciones, encuestas y asesoramiento del
proyecto.
Refrigerio: Valor destinado para la alimentación en los días de
investigación que demandaba la realización del proyecto.
97
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
A partir de las pruebas realizadas con el robot y los programas utilizados,
se logra obtener una planificación adecuada respecto a la meta
especificada y una buena transmisión de datos al robot con respecto a su
entorno, cuyo resultado final fue que el robot alcanzara siempre su meta.
Dado que el tópico es nuevo en la Universidad de Guayaquil se abre una
nueva línea de investigación a seguir por estudiantes y profesores que
están interesados en las investigaciones relacionadas a planificación
basada en lógica y ejecución de acciones por un robot móvil.
En este documento se describen temas de robótica con la finalidad de
facilitar la introducción del tópico. Así una de las aportaciones que se
realizan es la descripción detallada de los procedimientos a seguir para
poner a funcionar un robot tipo vehículo. Se describen las herramientas, el
lenguaje de programación, cómo se realiza la planificación, cómo y qué se
utiliza para la conexión.
Al concluir esta tesis se da como resultado un preámbulo en la realización
de investigación de tópicos relacionados con la inteligencia artificial.
98
5.2 RECOMENDACIONES
Profundizar más en investigaciones relacionados con la robótica y
automatización para en un futuro realizar una versión actualizada
del mismo prototipo.
Se debe analizar el algoritmo para implementar uno que mejore los
tiempos de respuesta y así obtener tiempos satisfactorios sobre
todo cuando se trata de resolver problemas en tiempo real.
Mejorar la conectividad y la transmisión de datos de máquina a
robot.
Desarrollar estas pruebas con otro robot más sofisticado y preciso,
pues durante las pruebas se pudo observar que el comportamiento
del robot no es determinístico.
Desarrollar alcances hacia ambientes distintos y dinámicos. En el
proyecto se trató con un solo ambiente que era una línea recta y
carriles con un ángulo de 90°, se requiere lograr que el robot
interactúe con todo lo que tiene a su alrededor.
99
BIBLIOGRAFÍA
LIBROS
Asimov Isaac. (1950). Yo, Robot. Estados Unidos: Doubleday.
Asimov Isaac. (1985). Robots and Empire. Estados Unidos: Doubleday.
Asimov Isaac. (1990). Robot Visions. Estados Unidos: Byron Preiss Visual Publications.
Barrios Maritza. (1998). Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestria y Tesis Doctorales. Venezuela: FEDUPEL.
Craig John. (2006). Robótica. México: Pearson Educación.
Hernández, Fernández y Baptista. (1988). Metodología de la Investigación. México: McGraw-Hill.
Hernández, Fernández y Baptista. (2006). Metodología de la Investigación. México: McGraw-Hill.
Kendall y Buckland. (1976). Diccionario de Estadística. España: PIRÁMIDE S.A.
Norvig Stuart Russell y Peter. (2004). Inteligencia Artificial - Un Enfoque Moderno. España: Pearson Educación.
Ollero Aníbal. (2007). Robótica: Manipuladores y Robots Móviles. España: MARCOMBO.
Prieto Alberto. (2002). Introducción a la Informática. España: McGraw-Hill.
Salkind Neil. (1998). Métodos de Investigación. México: Pearson Prentice Hall.
Salkind Neil. (1999). Métodos de Investigación. México: Pearson Prentice Hall.
Tamayo Mario. (2002). El Proceso de la Investigación Científica. México: Limusa Noriega Editores.
100
DIIRECCIONES WEB
Alexander Gelbukh. (2009). Inteligencia Artificial. Recuperado el 14 de Abril de 2012, de Sociedad Mexicana de Inteligencia Artificial (SMIA): http://viejo.smia.org.mx/index-old.html
Emanuel Conejo Rodríguez. (23 de Octubre de 2010). Robots en la Educación. Recuperado el 20 de Junio de 2012, de Red Robótica Latinoamericana: http://redrobotica.org/profiles/blogs/robots-en-la-educacion
Francisco M. Ruiz Segura. (28 de Mayo de 2012). El robot resuelve laberintos. Recuperado el 19 de Junio de 2012, de Andalucía Profundiza: http://profundiza.es/?tag=robotica
Latinoamericana, R. R. (9 de Marzo de 2012). La Programación de Computadoras es "El Latín del Siglo XXI". Recuperado el 2012 de Junio de 2012, de Red Robótica Latinoamericana: http://redrobotica.org/profiles/blogs/la-programacion-de-computadoras-es-el-latin-del-siglo-xxi
Latinoamericana, R. R. Robots. Recuperado el 12 de Marzo de 2012, de Red Robótica Latinoamericana: http://redrobotica.org/page/robots
Lorenzo M. Oliver. (13 de Noviembre de 2009). Robot de laberinto. Recuperado el 20 de Junio de 2012, de Aprende Robótica: http://www.aprenderobotica.com/group/boebot/forum/topics/robot-de-laberinto
Miguel Hernández. (2003). Robots. Recuperado el 25 de Marzo de 2012, de Complubot: http://complubot.educa.madrid.org/robots/robots_index.php?seccion=robots
MikroElektrónika. Programación de los Microcontroladores. Recuperado el 20 de Junio de 2012, de MikroElektrónika: http://www.mikroe.com/chapters/view/79/capitulo-1-el-mundo-de-los-microcontroladores/
102
CAPÍTULO III - METODOLOGÍA
3.7.1 Encuesta para Estudiantes
Universidad de Guayaquil
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
ENCUESTA PARA ESTUDIANTES
DISEÑO Y DESARROLLO DE UN ROBOT MÓVIL QUE RESUELVE
LABERINTOS
Género: M F Edad: ___________
Conteste las siguientes preguntas marcando con una X en el
casillero correspondiente a su respuesta.
1) ¿A usted le interesan los avances tecnológicos en la robótica?
(Marque sólo una opción).
a) Sí, tengo gran interés en los avances tecnológicos.
b) Sí, tengo un interés promedio en los avances tecnológicos.
c) Sí, pero poco interés en los avances tecnológicos.
d) No me interesan los avances tecnológicos.
2) ¿Usted considera que la robótica ha aportado positivamente a la
humanidad? (Marque sólo una opción).
a) Totalmente de acuerdo
b) De acuerdo
c) Me es indiferente
d) En desacuerdo
e) Totalmente en desacuerdo
103
3) ¿En qué área usted cree que un robot podría ser más útil? (Puede
marcar más de una opción).
a) En las industrias
b) Uso personal
c) En la medicina
d) Otros: _____________________________________________
e) Robots no son especialmente útiles
4) Según lo que conoce: ¿Cree usted que la robótica ha traído
consigo un gran número de aspectos positivos? (Marque sólo
una opción).
a) Sí, siempre
b) Sí, casi siempre
c) Con frecuencia
d) Casi Nunca
e) Nunca
5) Conoce usted si en su universidad existe algún tipo de programa
sobre robótica o mecatrónica? (Marque sólo una opción).
a) Sí, conozco y he participado
b) Sí, conozco pero no he participado
c) No conozco pero si he escuchado que existe
d) No tengo conocimientos de su existencia
104
6) ¿Qué opina sobre la creación de un laboratorio de robótica en la
carrera? (Marque sólo una opción).
a) Totalmente de acuerdo
b) De acuerdo
c) Me es indiferente
d) En desacuerdo
e) Totalmente en desacuerdo
7) ¿Te gustaría diseñar y desarrollar un robot?
a) Sí, me parece interesante
b) Sí, me llama un poco la atención
c) Me es indiferente
d) No me parece interesante
105
3.7.2 Entrevista
Universidad de Guayaquil
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
ENTREVISTA A EXPERTOS EN ROBÓTICA
Género: M F Edad: __________
1) ¿Cuáles son los sectores en los que la robótica está más
desarrollada y cuáles son algunas de esas aplicaciones reales en
las que se está investigando?
2) ¿Cuáles son las principales limitaciones al desarrollo de la
robótica?
3) ¿Cuál sería el robot que a usted le gustaría inventar?
4) ¿Qué potencial tiene un robot que pueda desenvolverse en
diferentes entornos?
106
CAPÍTULO IV
CRONOGRAMA
CUADRO N° 19
DETALLES DEL CRONOGRAMA
ID NOMBRE FECHA
DE INICIO
FECHA
DE FIN DURACIÓN RECURSO
1 Proyecto 01/02/12 28/02/13 387 María José Chávez
2 CAPÍTULO I - PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 01/02/12 30/03/12 58 María José Chávez
3 Ubicación del Problema 01/02/12 03/02/12 3 María José Chávez
4 Situación del Problema 04/02/12 06/02/12 3 María José Chávez
5 Causas y Consecuencias del Problema 07/02/12 09/02/12 3 María José Chávez
6 Delimitación del Problema 10/02/12 12/02/12 3 María José Chávez
7 Delimitación Geográfica 14/02/12 16/02/12 3 María José Chávez
8 Planteamiento del Problema 17/02/12 20/02/12 4 María José Chávez
9 Formulación del Problema 21/02/12 24/02/12 4 María José Chávez
10 Evaluación del Problema 25/02/12 01/03/12 6 María José Chávez
11 Objetivos 01/03/12 12/03/12 12 María José Chávez
107
12 Objetivos Generales 01/03/12 06/03/12 6 María José Chávez
13 Objetivos Específicos 07/03/12 12/03/12 6 María José Chávez
14 Alcance del Problema 13/03/12 24/03/12 12 María José Chávez
15 Justificación e Importancia 25/03/12 30/03/12 6 María José Chávez
16 CAPÍTULO II - MARCO TEÓRICO 02/04/12 21/05/12 49 María José Chávez
17 Fundamentación Teórica 02/04/12 07/04/12 6 María José Chávez
18 Fundamentación Legal 08/04/12 20/04/12 13 María José Chávez
19 Preguntas a Contestarse 21/04/12 26/04/12 6 María José Chávez
20 Variables de la Investigación 27/04/12 10/05/12 13 María José Chávez
21 Definiciones Conceptuales 11/05/12 21/05/12 13 María José Chávez
22 CAPÍTULO III - METODOLOGÍA 20/05/12 21/05/12 4 María José Chávez
23 Diseño de la Investigación 04/06/12 17/06/12 27 María José Chávez
24 Diseño de la Investigación 04/06/12 06/06/12 3 María José Chávez
25 Población y Muestra 07/06/12 10/06/12 4 María José Chávez
26 Operacionalización del Problema 11/06/12 14/06/12 4 María José Chávez
27 Instrumentos de Recolección de Datos 15/06/12 17/06/12 3 María José Chávez
28 Procedimientos de la Investigación 18/06/12 17/06/12 4 María José Chávez
29 Recolección de la Información 16/06/12 17/06/12 27 María José Chávez
30 Procesamiento y Análisis 09/07/12 17/06/12 4 María José Chávez
108
31 Criterios para la Elaboración de la Propuesta 08/07/12 17/06/12 5 María José Chávez
32 Criterios de Validación de la Propuesta 08/07/12 17/06/12 5 María José Chávez
33 CAPÍTULO IV - MARCO ADMINISTRATIVO 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez
34 Cronograma 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez
35 Presupuesto 13/07/12 23/06/12 6 María José Chávez
36 CAPÍTULO V - CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 19/07/12 29/06/12 6 María José Chávez
37 Conclusiones 19/07/12 29/06/12 6 María José Chávez
38 Recomendaciones 20/07/12 29/06/12 5 María José Chávez
39 CAPITULO VI - PROPUESTA 03/09/12 21/02/13 167 María José Chávez
40 Planificación de la Propuesta 03/09/12 15/09/12 13 María José Chávez
41 EDT del Proyecto 16/09/12 21/09/12 6 María José Chávez
42 Fase 1: Diseño de la Propuesta 24/09/12 24/10/12 31 María José Chávez
43 Componentes del Robot 24/09/12 13/10/12 20 María José Chávez
44 Diseño del Laberinto 14/10/12 24/10/12 11 María José Chávez
45 Fase 2: Desarrollo de la Propuesta 26/10/12 12/02/13 105 María José Chávez
46 Ensamblaje del Robot 26/10/12 24/11/12 30 María José Chávez
47 Construcción del Laberinto 25/11/12 07/12/12 13 María José Chávez
48 Programación de Robot 08/12/12 12/02/13 62 María José Chávez
49 Fase 3: Pruebas de la Propuesta 13/02/13 21/02/13 9 María José Chávez
109
50 Pruebas y Correcciones 13/02/13 21/02/13 9 María José Chávez
51 ANEXOS 22/02/13 28/02/13 7 María José Chávez
52 Cronograma 22/02/13 24/02/13 3 María José Chávez
53 Manuales 25/02/13 28/02/13 4 María José Chávez
54 Manual Técnico 25/02/13 26/02/13 2 María José Chávez
55 Manual de Usuario 27/02/13 28/02/13 2 María José Chávez
56 Glosario 28/02/13 28/02/13 1 María José Chávez
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
110
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 33
DIAGRAMA DE GANTT DEL CRONOGRAMA DETALLADO
111
PROPUESTA
6.1 Planificación de la Propuesta
En este capítulo se muestra la planificación seguida para poder realizar el
proyecto, además se hace una breve explicación de las tareas que forman
dicha planificación. También se hace referencia a los recursos que se han
utilizado, a nivel hardware y software.
CUADRO N° 20
DETALLES DE LA PROPUESTA
Nombre de la Creadora María José Chávez Plúa
Tutor Ing. Darwin Patiño
Nombre del Robot Majo
Misión Dar solución a un laberinto
Dimensiones El robot mide 12 cm de ancho y 11 cm
de largo.
Velocidad
El robot tiene una velocidad entre una
persona que camina y una persona
trotando, haciendo que el robot no
resulte muy difícil de manejar pero con
una buena velocidad de respuesta.
Peso
El robot pesa 1 Kg. puede ser
transportado y manejado con relativa
facilidad.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
112
6.2 EDT del Proyecto
Elaboración: María José Chávez Fuente: Datos de la Investigación
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA LA RESOLUCIÓN
DE LABERINTOS APLICADO A LA ROBÓTICA
DISEÑO DESARROLLO PRUEBAS
Diseño del Robot Ensamblaje del Robot Pruebas y
Correcciones
Diseño del Laberinto Construcción del
Laberinto
Programación del
Robot
GRÁFICO N° 34
EDT
113
6.3 FASE 1: Diseño de la Propuesta
Componentes del Robot
Para que un robot autónomo pueda funcionar tiene que estar formado por
distintos componentes, los cuales se detallan a continuación:
Programador P.PIC I&T 04
Es un programador para PICS de todas las familias del fabricante
Microchip (16F, 18F, DSPICs, 24F, 32F). Su fuente de alimentación es por
interfaz USB desde la PC.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 35
PROGRAMADOR P.PIC I&T 04
114
CUADRO N° 21
ESPECIFICACIONES DEL PROGRAMADOR P.PIC I&T 04
Conexión Mini USB con el computador. Puede recibir y
enviar datos por USB. Soporta múltiples sistemas
Operativos.
Tecnología LED permite tener un hardware
adecuadamente señalizado. Led indicador de
programación, de power y de VDD.
ISCP permite la programación en caliente.
El algoritmo desarrollado en el computador debe ser
cargado o quemado en el microcontrolador.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Sensores Infrarrojos
Los sensores son necesarios para que el robot pueda ser autónomo ya
que son capaces, por sus propias características, de transformar la
magnitud física medida en una señal eléctrica para que finalmente se
pueda utilizar en el control del robot. El robot lleva instalado 3 sensores
infrarrojos Sharp en el lado derecho e izquierdo y en la parte frontal, el
cual pude medir distancias comprendidas entre 4 y 30 cm. El sensor lleva
incorporado el emisor y receptor en la misma cápsula, por lo cual solo se
necesita alimentación y él devuelve un valor analógico comprendido entre
3 V para la mínima distancia y 0,4 V para la máxima.
115
La respuesta de este no es una curva lineal. Además de que este tipo de
sensor se basa en el principio de triangulación para realizar las medidas.
El led infrarrojo emite un haz que será rebotado por el objeto y
posteriormente recogido por el PSD. Dependiendo del ángulo de
incidencia del haz rebotado en la lente, se activa una u otra célula del
array lo que permite estimar la distancia a la que se encuentra el objeto.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Módulo Puente P.H.I&T 04
Es un módulo para el control de dirección y velocidad de dos motores DC
totalmente independientes.
GRÁFICO N° 36
SENSOR INFRARROJO
116
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
CUADRO N° 22
ESPECIFICACIONES DEL PUENTE P.H.I&T 04
Utilización de fuente para energizar el hardware.
Es necesario enviar un estado lógico como señal digital
para controlar el módulo.
Este actuador convierte la energía eléctrica en mecánica,
provocando un movimiento rotatorio, es energizado con
VDC.
El interruptor ON/OFF permite encender o apagar el
hardware en cualquier momento.
El módulo recibe como entrada una señal PWM. La
característica de esta señal periódica es que se modifica
su ciclo de trabajo.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 37
PUENTE P.H.I&T 04
117
Módulo Entrenamiento M.E.I&T 04
Es un módulo de entrenamiento y desarrollo que permite realizar múltiples
tareas con el microcontrolador 16F886. Cada puerto tiene 8 pines
correspondientes a los 8 bits, a cada bit se denomina Señal I/O
acompañada de pines de +Vcc y Gnd, donde Vcc puede ser seleccionable
es decir utilizar el voltaje interno del módulo entrenamiento o externo
mediante el Jack VDD.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 38
M.E.I&T 04
118
CUADRO N° 23
ESPECIFICACIONES DEL M.E.I&T 04
Puede recibir y enviar datos por USB. Soporta múltiples
sistemas operativos.
Permite digitalizar señales analógicas entre 0-5 VDC con
resolución de 8–10 bits.
El interruptor permite encender o apagar el hardware en
cualquier momento.
Tecnología LED permite tener un hardware adecuadamente
señalizado.
ICSP permite la programación en caliente.
El uso de botones nos permite tener señales de entrada que el
usuario las pueda activar voluntariamente.
Podrá comunicarse con otros dispositivos a través de protocolo
RS-232
Este periférico de salida le permite generar tonos de distintas
frecuencias.
Utilización de fuente para energizar el hardware.
El algoritmo desarrollado en el computador debe ser cargado o
quemado en el microcontrolador.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
119
Micromotor DC 150:1
Este tipo de motor ofrece un movimiento lineal y rotatorio al aplicarle una
diferencia de potencial en sus extremos lo que permite que el robot pueda
movilizarse, es decir, convierte la energía eléctrica en mecánica y también
funciona como un generador de energía eléctrica.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Estos pequeños motores, de alta calidad, están dotados de una caja
reductora para otorgar mayor fuerza de torsión sacrificando velocidad
lineal y están pensados para trabajar a 6 V, aunque, por lo general
pueden funcionar con tensiones de 3 a 9 V. A su tensión nominal, dichos
motores pueden llegar a operar a 1300 RPM.
GRÁFICO N° 39
MICROMOTOR
120
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Rueda Loca
Es una rueda de pivote o rotatoria. El robot utiliza una rueda loca de
d=1,25cm la cual le permite girar libremente y está situada en la parte
inferior delantera.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 40
DIMENSIONES DEL MICROMOTOR
GRÁFICO N° 41
RUEDA LOCA
121
Ruedas Dentadas
Las ruedas son las que proporcionan la tracción necesaria al robot, por
ese motivo es uno de los componentes más importante del robot. Este
tipo de rueda consiste en una rueda común pero que está especialmente
diseñada para el uso de los encoders, ya que en su interior incorpora una
especie de dientes para que los encoders puedan detectar su giro,
además por su diseño está preparada para disminuir la posibilidad de
derrape. Tiene un diámetro de 4,2 cm, lo que hace que por cada vuelta
completa recorra unos 13,2 cm.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Alimentación por Baterías
Esta forma ofrece la ventaja de no tener un alcance limitado, aunque su
tiempo de funcionamiento depende del consumo del robot y la capacidad
que ofrezcan las baterías.
GRÁFICO N° 42
LLANTAS WHEEL
122
Para el robot usaremos dos baterías de 9V.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Diseño del Laberinto
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 43
BATERÍA 9V
GRÁFICO N° 44
DISEÑO DEL LABERINTO
123
Como características principales del laberinto podemos mencionar las
siguientes:
El piso o base es de madera MDF Fibrofacil de un espesor de 0,9
cm y pintada de color blanco.
El ancho de los carriles es de 25 cm, la altura de las paredes son
de 20 cm y con un espesor de 0,4 cm hechos de Sintra PVC de
color blanco.
Los carriles tienen un ángulo recto (90°).
Las dimensiones del laberinto son de 1.52 x 1.22 m.
El laberinto sólo tendrá una salida.
6.4 FASE 2: Desarrollo de la Propuesta
Ensamblaje del Robot
Una vez establecidas las partes que conforman al robot se procede al
ensamblaje del mismo, el cual consiste en la instalación de los
componentes en la carcasa, con placa acrílica, y también se realizan las
interconexiones entre los mismos componentes. El robot presenta una
composición modular de tres niveles.
Nivel I: En la parte inferior se encuentran los componentes destinados
a la locomoción y fuente de energía.
124
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Se usa dos motores acoplados a las ruedas, ambas situadas en la parte
trasera del robot y estos a su vez están conectados a un módulo puente
que controla la velocidad de los motores. Además en la parte frontal se le
colocó una rueda loca para darle mayor flexibilidad al robot en sus
movimientos.
Nivel II: La parte superior destinada al control, es decir, donde va
alojado el microcontrolador.
GRÁFICO N° 45
ENSAMBLAJE, NIVEL I
125
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Nivel III: La parte frontal tiene tres sensores infrarrojos ubicados a la
derecha, izquierda y enfrente del robot, los cuales les permitirá
detectar los obstáculos que se le presenten en el camino.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 46
ENSAMBLAJE, NIVEL II
GRÁFICO N° 47
ENSAMBLAJE, NIVEL III
126
Construcción del Laberinto
El laberinto es el entorno en el cual se va a desenvolver el robot, el cual
está formado por carriles y encrucijadas, intencionadamente complejo
para confundir al robot. Se empieza el corte y unificación de las piezas
con las dimensiones definidas en el fase 1 del diseño del laberinto.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
El robot podrá empezar en uno de los extremos del laberinto y tendrá una
única salida.
GRÁFICO N° 48
CONSTRUCCIÓN DEL LABERINTO
127
Programación del Robot
Gran parte del funcionamiento del robot está sujeto a los algoritmos que
controlan el movimiento y la recepción de los datos. Estos algoritmos se
implementan en lenguaje de programación de MikroBasic Pro. La
programación se carga en el microcontrolador M.E.I&T 04 mediante el
programador P.PIC I&T 04 conectando un cable de USB desde este a la
PC.
Se decidió implementar el algoritmo de lógica de seguimiento de la mano
derecha. Se basa en la regla de que estando dentro de un laberinto se
pueda encontrar la solución del mismo si se sigue siempre por la derecha
o por la izquierda. La aplicación en los robots de laberinto consiste en que
el robot deberá detectar la presencia de la pared derecha. A continuación
se presentan algunos ejemplos de cómo reaccionaría el robot en el
laberinto:
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 49
COMPORTAMIENTO 1
128
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 50
COMPORTAMIENTO 2
GRÁFICO N° 51
COMPORTAMIENTO 3
129
program Laberinto_Basico
symbol DIR1=PORTA.2
symbol NDIR1=PORTA.4
symbol DIR2=PORTA.3
symbol NDIR2=PORTA.5
DIM VOLT_FRENTE AS WORD
DIM DIST_FRENTE ,DIST_DERECHA As integer
DIM DIST_IZQUIERDA AS integer
DIM errordist,max ,alerta,tiempo as integer
SUB PROCEDURE SET_MOTOR(DIM MOTOR1,MOTOR2 AS
INTEGER)
'******************** MOTOR 1***************
IF(MOTOR1<0)THEN
MOTOR1=-MOTOR1
DIR1=0
NDIR1=1
ELSE
IF(MOTOR1>0)THEN
DIR1=1
NDIR1=0
130
END IF
END IF
'******************** MOTOR 2***************
IF(MOTOR2<0)THEN
MOTOR2=-MOTOR2
DIR2=0
NDIR2=1
ELSE
IF(MOTOR2>0)THEN
DIR2=1
NDIR2=0
END IF
END IF
PWM1_Set_Duty(MOTOR2)
PWM2_Set_Duty(MOTOR1)
END SUB
SUB PROCEDURE MEDICION_FRENTE()
VOLT_FRENTE =Adc_Read(1) ' ANALOGICO(13) RETORNA 10BITS
0-0V 1023->5V
Delay_ms(30)
131
DIST_FRENTE=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-30cm
'DIST_FRENTE=(6787 / ( VOLT_FRENTE - 3)) - 4 'ec sensores 10-80cm
END SUB
SUB PROCEDURE MEDICION_DERECHA()
VOLT_FRENTE =Adc_Read(0) ' ANALOGICO(13) RETORNA 10BITS
0-0V 1023->5V
Delay_ms(30)
DIST_DERECHA=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-30cm
'DIST_FRENTE=(6787 / ( VOLT_FRENTE - 3)) - 4 'ec sensores 10-80cm
END SUB
SUB PROCEDURE MEDICION_IZQUIERDA()
VOLT_FRENTE =Adc_Read(12) ' ANALOGICO(13) RETORNA 10BITS
0-0V 1023->5V
Delay_ms(30)
DIST_IZQUIERDA=(2914/(VOLT_FRENTE+5))-1 'ec sensores 4-
30cm
'DIST_FRENTE=(6787 / ( VOLT_FRENTE - 3)) - 4 'ec sensores 10-80cm
END SUB
main:
OPTION_REG=$80
INTCON=0
132
TRISA=3
TRISC=1
TRISB=1
ANSEL=3
ANSELH=$10
PORTB=0
PORTA=0
PORTC=0
alerta=0
DIST_FRENTE =0
DIST_IZQUIERDA =0
max=150
PWM1_Init(1000)
PWM2_Init(1000)
PWM1_Start()
PWM2_Start()
PWM1_Set_Duty(0)
PWM2_Set_Duty(0)
Delay_ms(200)
MEDICION_FRENTE()
MEDICION_DERECHA()
133
MEDICION_IZQUIERDA ()
Delay_ms(100)
WHILE(1)
' '************************** CONTORNEAR POR LA PARED DERECHA
*******************************************************
MEDICION_FRENTE()
MEDICION_DERECHA()
errordist = (9 - DIST_DERECHA )
if(DIST_FRENTE >10)then
if(errordist >0) AND (errordist <4) then 'DIST_IZQUIERDA
>=8cm AND DIST_IZQUIERDA <=6cm
set_motor(max,max)
else
if(errordist <=0) AND (errordist >=-2) then 'DIST_IZQUIERDA
>=9cm
set_motor(max,-max)
Delay_ms(20)
set_motor(max,max)
Delay_ms(20)
else
if(errordist <=-7) then 'DIST_IZQUIERDA >=16
134
set_motor(max,max)
Delay_ms(700)
set_motor(max,-max)
Delay_ms(500)
set_motor(max,max)
Delay_ms(100)
else
if(errordist >=4) then 'DIST_IZQUIERDA <=5cm
set_motor(-max,max)
Delay_ms(40)
set_motor(max,max)
Delay_ms(20)
end if
end if
end if
end if
else
SET_MOTOR(-max,max)
Delay_ms(10) 'si se pega mucho a la pared
end if
WEND
end.
135
6.5 FASE 3: Pruebas de la Propuesta
Pruebas y Correcciones
Se realizaron pruebas de funcionamiento del robot. Además de las
pruebas finales del sistema, se desarrollaron pruebas parciales durante el
proceso de construcción del robot, principalmente sobre el hardware.
Luego se realizaron las pruebas de campo que fueron realizadas en un
ambiente para el cual fue diseñado el robot, donde se pusieron a prueba
sus características en un entorno real. Estas pruebas sirvieron para
determinar la funcionalidad final que ofrece el robot.
Como primera prueba del prototipo, después de haber observado la
reacción de los motores cuando se acercaba un obstáculo a los sensores,
se procedió llevar al robot a un ambiente más parecido a lo que se tenía
previsto.
Se empezó a someter al robot a una caja de cartón con forma cuadrada
para que pudiera hacer sus tres diferentes maniobras y dar vueltas en su
eje central para poder esquivar las paredes sin tener que chocar con ellas
pero se halló un error al dar giro, ya que el robot topaba la pared; para
corregir ese error se toma la opción de programar la distancia máxima de
separación entre la pared y el robot, como se mencionó anteriormente el
robot se desarrolló con la lógica de seguimiento de la mano derecha por
136
lo que se procedió a establecer en el sensor derecho una distancia de 6
cm a la pared.
El robot validará a que distancia está y si no está dentro de la distancia
especificada procederá a ubicarse a la distancia exacta. Por último se
llevó al robot a un entorno más amplio y completo para que ponga a
prueba todos los algoritmos que se le implementaron para que cumpla
con su objetivo en totalidad.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 52
COMPILACIÓN DEL PROGRAMA
137
GLOSARIO
Actuadores: Son los que generan la fuerza para animar la estructura
mecánica.
Autómata: Aparato que encierra en sí mismo los mecanismos
necesarios para ejecutar ciertos movimientos o tareas similares a las
que realiza el hombre, manifestándose como un ser animado capaz de
imitar gestos.
Automatización: Se le denomina así a cualquier tarea realizada por
máquinas en lugar de personas.
Digital: Es la representación de la información basada en un código
numérico discreto.
Dispositivo: Es el mecanismo de un máquina que, una vez
accionado, desarrolla de forma automática la función que tiene
asignada.
Efectores: Es un dispositivo que afecta o modifica el entorno de la
máquina.
Giro: Movimiento básico de un manipulador.
Grado de libertad: Es cada uno de los movimientos básicos que
definen la movilidad de un determinado robot.
138
Inteligencia Artificial: Es la ciencia que estudia la simulación de
funciones y actividades cognitivas propias de la inteligencia humana
por medio de la computadora.
Microcontrolador: Es un circuito integrado programable que contiene
todos los componentes de un computador, se emplea para realizar una
tarea determinada para la cual ha sido programado.
Neumático: Es un manipulador cuya energía de movimiento viene
proporcionada por un sistema de aire comprimido.
Procedimiento: Secuencia de operaciones destinadas a la resolución
de un problema determinado.
Robot: Es un manipulador mecánico, reprogramable y de uso general.
Robot Autónomo (RA): Son sistemas completos que operan
eficientemente en entornos complejos sin necesidad de estar
constantemente guiados y controlados por operadores humanos.
Robótica: Es una rama de la ciencia que se ocupa del estudio,
desarrollo y aplicaciones de los robots.
Sensor: Es el transductor que capta magnitudes y las transforma en
señales eléctricas.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS
PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA
ROBÓTICA”
MANUAL TÉCNICO Y DE USUARIO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTORA: MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA
TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS
PARA LA RESOLUCIÓN DE LABERINTOS APLICADO A LA
ROBÓTICA
MANUAL TÉCNICO Y DE USUARIO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTORA: MARÍA JOSÉ CHÁVEZ PLÚA
TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
I
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL I
ÍNDICE DE GRÁFICOS II
MANUAL TÉCNICO 1
1.1 Introducción 2
1.2 Objetivo 2
1.3 Programas 2
1.3.1 MikroBasic PRO 2
1.3.2 Programador PICkit 2 5
MANUAL USUARIO 12
2.1 Introducción 13
2.2 Componentes del Robot 14
2.3 Advertencias de Seguridad y Precauciones en su
Manipulación 17
2.4 Como Usar el Robot Majo 18
2.5 Como Trabaja el Robot Majo 19
2.6 Misión del Robot Majo 20
II
ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1
MikroBasic Pro 3
GRÁFICO 2
Logo de Microchip 5
GRÁFICO 3
Programador P.PIC 6
GRÁFICO 4
Abrir Programa PICkit 2 6
GRÁFICO 5
Programa PICkit 2 7
GRÁFICO 6
Conectar M.E I&T 04 y Programador 7
GRÁFICO 7
Conectar Programador a PC 8
GRÁFICO 8
Interfaz del PICkit 2 8
GRÁFICO 9
Activar Force PICkit 2 9
GRÁFICO 10
Importar Programa 9
GRÁFICO 11
Buscar Programa 10
III
GRÁFICO 12
Grabar Programa al M.E I&T 04 10
GRÁFICO 13
Mensaje de Grabación 11
GRÁFICO 14
Robot Majo 13
GRÁFICO 15
Programador 14
GRÁFICO 16
Sensor Infrarrojo 14
GRÁFICO 17
Módulo Puente 15
GRÁFICO 18
Micromotor 15
GRÁFICO 19
Módulo de Entrenamiento 16
GRÁFICO 20
Rueda Loca 16
GRÁFICO 21
Llantas 17
GRÁFICO 22
Encender Motores 18
GRÁFICO 23
Encender Módulo de Entrenamiento 19
2
MANUAL TÉCNICO
Introducción
El manual técnico es una herramienta de soporte y ayuda para
estudiantes y/o docentes en general que requieran saber de la lógica con
la cual fue programado y diseñado el robot, para que en un futuro les
permita realizar cualquier cambio o avance en el mismo.
Objetivo
El manual tiene como objetivo principal brindar al lector una concepción
técnica del programa que se desarrolló para la implementación del robot.
Programas
Los programas utilizados para el desarrollo del proyecto fueron:
1. MikroBasic PRO para PIC es un compilador Basic con todas las
características para microcontroladores PIC de Microchip. Está diseñado
para desarrollar, construir y depurar aplicaciones embebidas basadas en
PIC.
El entorno de desarrollo cuenta con una amplia variedad de
características tales como: una sintaxis Basic fácil de aprender, IDE
(Entorno de Desarrollo Integrado) fácil de usar, un código muy compacto y
eficiente, muchos equipos y bibliotecas de software, la documentación
completa, el simulador de software, un depurador de hardware, la
3
generación de archivos COFF, etc., además incluye muchos ejemplos
prácticos que permiten un rápido inicio en la programación de
microcontroladores PIC.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Requerimientos
Similar al uso de cualquier lengua que no está limitada a los libros y a las
revistas, el lenguaje de programación Basic no está estrechamente
relacionado a un tipo particular de ordenador, procesador o sistema
operativo.
Esto puede ser un problema, ya que Basic varía ligeramente dependiendo
de su aplicación (como diferentes dialectos de una lengua). Sin embargo
se describe el hardware y software utilizado para el desarrollo del
proyecto que permitió satisfactoriamente programar el microcontrolador.
GRÁFICO N° 1
MIKROBASIC PRO
4
Hardware
Portátil compatible con x86
Procesador Intel Core i5
Ram 8GB
HDD de 750 GB
Software
S.O: Windows 7 de 64 bits
MikroBasic PRO for PIC
PICkitTM 2
Instalación:
Es necesaria la instalación de los programas MikroBasic y Pickit 2, la
instalación no tiene una configuración especial solo consiste en ejecutar la
aplicación e instalar. El programa MikroBasic PRO para PIC se lo puede
descargar directamente desde la web original de MikroElectrónica.
Codificación en MikroBasic PRO para PIC
El programa tiene los comentarios necesarios para la interpretación del
mismo en caso de que en un futuro se requiera realizar una mejora o
aumentarle más código de programación para que el robot realice más
tareas, aquí se detalla una breve descripción del cuerpo de programación:
5
Encabezado: Consta de la declaración e inicialización de cada una
de las variables utilizadas.
Cuerpo: Consta del código de las procedimientos necesarios para
el correcto funcionamiento del robot móvil, consta de una función
para:
Resolver laberintos (Detectar paredes)
Final: Consta de la función principal (Main) donde valida los
procedimientos correspondientes para que el robot tome una
decisión.
2. Programador PICkit 2, es una herramienta de programación para
desarrollo de bajo costo. Es capaz de programar la mayoría de los
microcontroladores y memorias seriales EEPROM de Microchip. PICkit 2
sirve para escribir programas en el microprocesador y se lo puede
descargar directamente desde la página de Microchip.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 2
LOGO DE MICROCHIP
6
Programación en PICkit 2
El programador sirve para escribir el programa en los microcontroladores,
en el proyecto se usa el programador P.PIC I&T 04 que fue por medio del
cual se escribió el programa en el M.E.I&T 04 vía USB.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Pasos para grabar el programa en el M.E.I&T 04:
1) Abrir el programa en el computador.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 4
ABRIR PROGRAMA PICKIT 2
GRÁFICO N° 3
PROGRAMADOR P.PIC
7
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
2) Conectar el microcontrolador al programador por medio del cable bus
de datos IDC (Insulation Displacement Connector - Conector por
desplazamiento del Aislante).
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 6
CONECTAR M.E I&T 04 Y PROGRAMADOR
GRÁFICO N°5
PROGRAMA PICKIT 2
8
3) Conectar el programador a la PC por medio del cable USB.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
4) Buscar el dispositivo desde el programa, una vez que lo encuentra la
pantalla será igual a la siguiente:
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 7
CONECTAR PROGRAMADOR A PC
GRÁFICO N° 8
INTERFAZ DEL PICKIT 2
9
Nota: Si es la primera vez que conecta el programador P.PIC I&T 04 a la
PC, seleccionar la opción Force PICkit 2 como muestra el GRÁFICO N° 9.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
5) Buscar el programa desarrollado en MikroBasic. (La extensión del
programa a cargar es .hex)
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 9
ACTIVAR FORCE PICKIT 2
GRÁFICO N° 10
IMPORTAR PROGRAMA
10
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
6) Dar clic en el botón Write.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 11
BUSCAR PROGRAMA
GRÁFICO N° 12
GRABAR PROGRAMA AL M.E I&T 04
11
7) Finalmente se muestra el siguiente mensaje: Grabado
satisfactoriamente.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
8) Realizar las pruebas pertinentes para constatar que se grabó
correctamente el programa al microcontrolador.
GRÁFICO N° 13
MENSAJE DE GRABACIÓN
13
MANUAL USUARIO
Introducción
Robot Majo es un pequeño robot autónomo de alto rendimiento,
designado para competiciones de resolución de laberintos. Se alimenta
por 2 baterías de 9V.
Los resultados son consistentes y están bien sincronizados con el código.
El robot está totalmente ensamblado con dos micromotores de metal para
las ruedas, tres sensores infrarrojos ubicados en lado izquierdo, derecho y
parte frontal del robot. El robot mide aproximadamente 10,5 cm y pesa
alrededor de 83 gr. sin baterías.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 14
ROBOT MAJO
14
Componentes del Robot
Programador P.PIC I&T 04 es un programador que permitirá cargar al
módulo M.E.I&T 04 los algoritmos desarrollados en el programa
MikroBasic.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Sensor infrarrojo también conocido como sensor infrarrojo de
proximidad de rango corto permite una lectura continúa de la distancia
y entrega un voltaje análogo proporcional a la distancia medida, en un
rango de 4cm a 30cm.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 15
PROGRAMADOR
GRÁFICO N° 16
SENSOR INFRARROJO
15
Módulo puente H P.H.I&T 04 es un módulo para el control de dirección
y velocidad de dos motores DC totalmente independientes.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Micromotor DC es el encargado de convertir la energía eléctrica en
mecánica provocando un movimiento rotario a la llantas para que el
robot pueda movilizarse.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N°. 17
MÓDULO PUENTE
GRÁFICO N° 18
MICROMOTOR
16
Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 es un módulo de entrenamiento y
desarrollo que permite digitalizar señales analógicas entre 0-5 VDC
con resolución de 8 - 10 bits.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Rueda loca es una rueda de pivote o rotatoria sin tracción que puede
girar libremente y generalmente está situada en la parte inferior de una
estructura.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 19
MÓDULO DE ENTRENAMIENTO
GRÁFICO N° 20
RUEDA LOCA
17
Llantas Wheel son ruedas que tienen un diámetro de 4,2 cm, están
diseñadas para micromotores engranados. Cada rueda (cerca del eje)
trae pequeños dientes los cuales reflejan un haz de luz para mayor
precisión o conteo de vueltas o grados.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Advertencias de Seguridad y Precauciones en su
Manipulación
El robot Majo no es para niños. Los más jóvenes deben usar el
producto bajo supervisión de adultos. Mediante el uso del producto, se
compromete a no señalar al robot Majo como responsable por
cualquier lesión o daños relacionados con el uso incorrecto del mismo
producto.
El producto no está diseñado para jugar y no debe utilizarse en
aplicaciones en las que el mal funcionamiento del producto podría
causar lesiones o daños.
GRÁFICO N° 21
LLANTAS
18
Precauciones adicionales:
El robot contiene plomo, no lo lavar ni echar líquidos.
Está diseñado para trabajar en interiores y pequeñas superficies
deslizantes.
No poner en contacto con superficies metálicas las cuales pueden
hacer contacto y producir cortocircuito que dañarían al robot.
Revisar si las baterías están cargadas antes de utilizar el robot.
Una vez que se deja de usar el robot se recomienda desconectar las
baterías, si se deja las baterías conectadas por periodos largos sin
usar el robot, se corre el riesgo que la batería se derrita y el líquido
podría dañar las partes y el correcto funcionamiento del robot.
Como Usar el Robot Majo
Para comenzar con el robot solo se deberá sacarlo de la caja, ponerle las
2 baterías de 9V y encender los botones. Luego se procede a:
1) Encender el botón del Módulo Puente H P.H.I&T 04.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 22
ENCENDER MOTORES
19
2) Encender el botón del Módulo entrenamiento M.E.I&T 04 una vez
encendido el botón el robot empezará a moverse dentro del laberinto
para darle una solución.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Como Trabaja el Robot Majo
La potencia del sistema del robot empieza con las baterías, por eso es
importante conocer cómo trabajan las baterías. La batería contiene unos
elementos químicos que reaccionan moviendo electrones desde el
positivo (+) al terminal negativo (-).
El voltaje de la batería se reduce con el uso, pero los componentes
eléctricos usados precisan de un voltaje controlado. Un componente
llamado regulador de voltaje ayuda a que el voltaje se mantenga
GRÁFICO N° 23
ENCENDER MÓDULO DE ENTRENAMIENTO
20
constante. El robot Majo necesita de 2 baterías de 9V. Una va conectada
a los motores y la otra al módulo de entrenamiento.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
Misión del Robot Majo
El objetivo principal del robot Majo es buscar la salida de un laberinto
previamente diseñado. Al robot se lo ubica en uno de los extremos del
laberinto y debe tomar decisiones conforme vaya avanzando en el
laberinto usando el algoritmo desarrollado hasta cumplir la meta.
Elaboración: María José Chávez
Fuente: Datos de la Investigación
GRÁFICO N° 25
MISIÓN DEL ROBOT MAJO
GRÁFICO N° 24
ROBOT MAJO CON BATERÍAS