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UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE LOS ANDES

“UNIANDES”

FACULTAD DE SISTEMAS MERCANTÍLES

CARRERA DE SISTEMAS

TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERA EN SISTEMAS E INFORMÁTICA

Tema

Dispositivo autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que contribuya con la

investigación tecnológica del área de Robótica de Uniandes Tulcán

Autora:

Acosta Paucar Jeniffer Daniela

Asesor:

Ing. Darwin Becerra

Tulcán - Ecuador

2014

2

UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE

LOS ANDES “UNIANDES”

Tulcán, 07 de Mayo del 2014

CONSTANCIA DE CERTIFICACIÓN POR PARTE DEL TUTOR

Ing. Darwin Becerra, en calidad de Asesor de Tesis, certifica que la señorita Jeniffer Daniela

Acosta Paucar, egresada de la escuela de Sistemas Mercantiles, ha culminado con su trabajo

de Tesis de Grado, con el tema: “Dispositivo autómata programado para la solución del

Cubo de Rubik que contribuya con la investigación tecnológica del área de Robótica de

Uniandes Tulcán”, quien ha cumplido con todos los requerimientos exigidos por los que se

aprueba la misma, cuyo estudio muestra la importancia que tiene el uso de la robótica como

una herramienta de aprendizaje; a través de prototipos robóticos y programas especializados

con fines científicos.

Es todo en cuanto puedo certificar, en honor a la verdad, facultando a la interesada hacer el

uso de la presente, así como también se autoriza la presentación para la evaluación por parte

del Jurado respectivo.

Atentamente,

------------------------------

Ing. Darwin Becerra

ASESOR

3

DECLARACIÓN DE AUTORÍA DE TESIS

Yo Jeniffer Daniela Acosta Paucar estudiante de la Facultad de Sistema Mercantiles de la

Universidad Regional Autónoma de los Andes “UNIANDES”, expreso en forma libre y

voluntaria que el presente trabajo de titulación, que versa sobre el tema“DISPOSITIVO

AUTÓMATA PROGRAMADO PARA LA SOLUCIÓN DEL CUBO DE RUBIK QUE

CONTRIBUYA CON LA INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA DEL ÁREA DE

ROBÓTICA DE UNIANDES TULCÁN” así como las expresiones vertidas en la misma son

de mi autoría, que lo he plasmado sobre la base de la investigación bibliográfica y consultas

en internet.

En consecuencia asumo la responsabilidad de la originalidad y el cuidado respectivo al

remitirme a las fuentes de investigación respectivas para fundamentar el contenido expuesto.

Atentamente

----------------------------

Acosta Paucar Jeniffer Daniela

040135905-4

4

DEDICATORIA

A Dios.

Porque ha estado conmigo en todo momento y me ha dado su apoyo para poder lograr

mis objetivos con su bondad y amor.

A mis padres

Irma Paucar y Julio Acosta

Quienes confiaron en mí, brindándome su apoyo a lo largo de toda mi vida ̧apoyándome en

los momentos que tenía dificultades, pero más que nada, por su amor.

A mis hermanas

Paola, Johana, Gabriela, Kimberly

Por haberme apoyado en todo momento con sus consejos y por motivarme cada día para

seguir adelante y no darme por vencida.

5

AGRADECIMIENTO

Al Ingeniero Darwin Becerra, quien fue mi tutor de tesis y a todos los docentes de la

Universidad Autónoma de los Andes “UNIANDES”, Facultad de Sistemas Mercantiles; a

quienes tuve la oportunidad de conocer al haberme impartido sus conocimientos y

experiencias.

A todas aquellas personas que me brindaron su tiempo, ayuda, apoyo y compresión

alentándome a realizar la presente Tesis.

ÍNDICE GENERAL

Constancia de certificación por parte del tutor

Responsabilidad de autoria de tesis

Dedicatoria

Agradecimiento

Resumen ejecutivo

Abstract

Introducción ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

Antecedentes investigativos ------------------------------------------------------------------------------ 1

Planteamiento del problema ------------------------------------------------------------------------------ 1

Formulación del problema -------------------------------------------------------------------------------- 2

Delimitación del problema -------------------------------------------------------------------------------- 2

Objeto de investigación y campo de acción ----------------------------------------------------------- 2

Identificación de la linea de investigación ------------------------------------------------------------- 2

Objetivos. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 2

Objetivo general -------------------------------------------------------------------------------------------- 2

Objetivos específicos -------------------------------------------------------------------------------------- 2

Idea a defender ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3

Justificación del tema -------------------------------------------------------------------------------------- 3

Variables ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

6

Variable Independiante ------------------------------------------------------------------------------------ 3

Variable Dependiente -------------------------------------------------------------------------------------- 3

Métodologia ------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

Métodos ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3

Breve explicación de la metodologia investigativa -------------------------------------------------- 3

Métodos empíricos ----------------------------------------------------------------------------------------- 3

Observación científica --------------------------------------------------------------------------------- 3

Validación por expertos ------------------------------------------------------------------------------- 4

Métodos teóricos -------------------------------------------------------------------------------------------- 4

Método analítico – sintético -------------------------------------------------------------------------- 4

Método inductivo – deductivo------------------------------------------------------------------------ 4

Método sistémico --------------------------------------------------------------------------------------- 4

Tecnicas e instrumentos de investigación-------------------------------------------------------------- 4

Metodología para el desarrollo del dispositivo autómata programado --------------------------- 4

Análisis y diseño ---------------------------------------------------------------------------------------- 4

Construcción --------------------------------------------------------------------------------------------- 4

Pruebas ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 4

Resumen de la estructura de la tesis: breve explicación de los capítulos de tesis -------------- 5

Aporte teórico, significación práctica y novedad científica ---------------------------------------- 5

Aporte teórico ----------------------------------------------------------------------------------------------- 5

Significación práctica -------------------------------------------------------------------------------------- 5

Novedad científica ----------------------------------------------------------------------------------------- 5

Capítulo I ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

1. Marco teórico. ------------------------------------------------------------------------------------------- 6

1.1.Origen y evolución de los procesos informáticos ----------------------------------------------- 6

1.2.Análisis de las distintas posiciones teóricas sobre los procesos informáticos-------------- 6

1.2.1.Generalidades --------------------------------------------------------------------------------------- 6

1.2.2.Procesos Informáticos ------------------------------------------------------------------------------ 6

1.2.3.Inteligencia Artificial ------------------------------------------------------------------------------- 7

1.2.4.Robótica ----------------------------------------------------------------------------------------------- 6

1.2.4.1.Definición ------------------------------------------------------------------------------------------ 7

7

1.2.4.2.Principios de la Robótica ------------------------------------------------------------------------ 7

1.2.4.3.Sistemas de Control------------------------------------------------------------------------------- 8

1.2.4.4.Característica de los Sistemas de Control --------------------------------------------------- 10

1.2.5.Sensores ---------------------------------------------------------------------------------------------- 10

1.2.5.1.Características de un sensor -------------------------------------------------------------------- 11

1.2.5.2.Tipos de sensores -------------------------------------------------------------------------------- 11

1.2.6.Desarrollos de la Investigación Tecnológica -------------------------------------------------- 13

1.2.7.Origen y evolución del Cubo de Rubik -------------------------------------------------------- 14

1.2.7.1.Soluciones ----------------------------------------------------------------------------------------- 14

1.2.7.2.Competencias ------------------------------------------------------------------------------------ 14

1.3.Valoración crítica ------------------------------------------------------------------------------------- 15

1.4.Conclusiones parciales del Capítulo I------------------------------------------------------------- 15

Capítulo II --------------------------------------------------------------------------------------------------- 16

2. Marco metodológico. --------------------------------------------------------------------------------- 16

2.1. Caracterización de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes extensión

Tulcán -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16

2.2.Descripción del procedimiento metodológico para el desarrollo de la investigación --- 16

2.2.1.Modalidad de investigación ---------------------------------------------------------------------- 16

2.2.2.Tipos de investigación. ---------------------------------------------------------------------------- 17

2.2.2.1.Investigación bibliográfica --------------------------------------------------------------------- 17

2.2.2.2.Investigación de campo. ------------------------------------------------------------------------ 17

2.2.2.3.Investigación aplicada --------------------------------------------------------------------------- 17

2.2.3.Población y Muestra ------------------------------------------------------------------------------- 17

2.2.3.1.Población ------------------------------------------------------------------------------------------ 17

2.2.3.2.Muestra -------------------------------------------------------------------------------------------- 18

2.2.4.Métodos, técnicas e instrumentos de investigación ------------------------------------------ 18

2.2.5.Métodos Empíricos -------------------------------------------------------------------------------- 18

2.2.5.1.Observación científica -------------------------------------------------------------------------- 18

2.2.5.2.Validación de expertos -------------------------------------------------------------------------- 18

2.2.6.Métodos Teóricos ---------------------------------------------------------------------------------- 18

2.2.6.1.Método analítico- sintético --------------------------------------------------------------------- 19

8

2.2.6.2.Método inductivo- deductivo ------------------------------------------------------------------ 19

2.2.6.2.Método sistémico -------------------------------------------------------------------------------- 19

2.2.7.Técnicas de Investigación ------------------------------------------------------------------------ 19

2.2.7.1.Encuesta-------------------------------------------------------------------------------------------- 19

2.2.8.Instrumentos de Investigación ------------------------------------------------------------------ 19

2.2.8.1.Cuestionario --------------------------------------------------------------------------------------- 19

2.3.Interpretación de Resultados ------------------------------------------------------------------------ 20

2.4.Metodología del desarrollo del dispositivo ------------------------------------------------------ 23

2.4.1.Análisis/Diseño ------------------------------------------------------------------------------------- 23

2.4.2.Construcción ---------------------------------------------------------------------------------------- 24

2.4.3.Pruebas ----------------------------------------------------------------------------------------------- 25

2.4.4.Implementación ------------------------------------------------------------------------------------- 25

2.5.Conclusiones parciales del capítulo II ------------------------------------------------------------ 25

CapítuloIII -------------------------------------------------------------------------------------------------- 26

3. Desarrollo de la propuesta --------------------------------------------------------------------------- 26

3.1.Título de la propuesta -------------------------------------------------------------------------------- 26

3.1.1.Caracterización de la Propuesta ----------------------------------------------------------------- 26

3.1.2.Objetivo de la Propuesta -------------------------------------------------------------------------- 26

3.1.3.Análisis de Requerimientos ---------------------------------------------------------------------- 26

3.2.Análisis y especificaciones técnicas de Lego Mindstorms EV3 ----------------------------- 26

3.2.1.Lego Mindstorms ----------------------------------------------------------------------------------- 27

3.2.2.Estructura General de Dispositivo Autómata ------------------------------------------------- 28

3.2.2.1.Partes electrónicas ------------------------------------------------------------------------------- 28

3.2.2.2.Cerebro --------------------------------------------------------------------------------------------- 28

3.2.2.3.Sentidos -------------------------------------------------------------------------------------------- 29

3.2.2.4.Estructura Externa ------------------------------------------------------------------------------- 29

3.2.2.5.Puertos de entrada y salida --------------------------------------------------------------------- 29

3.2.2.5.1.Puertos de entrada ----------------------------------------------------------------------------- 29

3.2.2.5.2.Puertos de salida ------------------------------------------------------------------------------- 30

3.2.3.Pantalla LCD ---------------------------------------------------------------------------------------- 30

3.2.4.Conexión USB -------------------------------------------------------------------------------------- 31

9

3.2.4.1.Pasos para la conexión USB ------------------------------------------------------------------- 32

3.2.5.Conexión Bluetooth -------------------------------------------------------------------------------- 32

3.2.5.1.Pasos para conectarse mediante el Bluetooth ----------------------------------------------- 32

3.2.6.Conexión inalámbrica ----------------------------------------------------------------------------- 33

3.2.6.1.Pasos para conectarse por la conexión inalámbrica --------------------------------------- 33

3.2.7.Alimentación Electrónica ------------------------------------------------------------------------- 34

3.3.Sensores Externos ------------------------------------------------------------------------------------ 34

3.3.1.Sensor de Contacto --------------------------------------------------------------------------------- 35

3.3.1.1.Características ------------------------------------------------------------------------------------ 35

3.3.2.Sensor de Infrarrojo -------------------------------------------------------------------------------- 36


3.3.3.Sensor de luz o de color --------------------------------------------------------------------------- 36


3.3.4.Sensor ultrasónico ---------------------------------------------------------------------------------- 37

3.3.4.1.Datos del Sensor Ultrasónico ------------------------------------------------------------------ 37

3.4.Servomotor --------------------------------------------------------------------------------------------- 38

3.4.1.Características --------------------------------------------------------------------------------------- 38

3.5.Cable de conexión USB ----------------------------------------------------------------------------- 38

3.5.1.Características --------------------------------------------------------------------------------------- 39

3.6.Funcionamiento del Lego Mindstorms EV3 ----------------------------------------------------- 39

3.6.1.Herramientas de Acción --------------------------------------------------------------------------- 39

3.6.2.Herramientas de control de Flujo ---------------------------------------------------------------- 40

3.6.3.Sensores ---------------------------------------------------------------------------------------------- 40

3.6.4.Herramientas para operaciones de datos ------------------------------------------------------- 40

3.6.5.Herramientas de Control Avanzado------------------------------------------------------------- 41

3.6.6.Mis Bloques ----------------------------------------------------------------------------------------- 41

3.7.Diseño --------------------------------------------------------------------------------------------------- 42

3.7.1.Pasos y casos pata armar el cubo de rubik ----------------------------------------------------- 42

3.7.2.Diseño o diagrama general de configuración del dispositivo automata que arme el cubo

de rubik ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 55

3.8.Contrucción -------------------------------------------------------------------------------------------- 56

10

3.8.1.Procesos de ensamblaje --------------------------------------------------------------------------- 56

3.9.Pruebas -------------------------------------------------------------------------------------------------- 58

3.9.1.Primera prueba- sensor de luz -------------------------------------------------------------------- 59

3.9.2.Segunda prueba- sensor de infrarrojo ---------------------------------------------------------- 59

3.9.3.Tercera prueba- sensor de rotación ------------------------------------------------------------- 60

3.10.Implementación -------------------------------------------------------------------------------------- 61

3.11.Validación de la Propuesta ------------------------------------------------------------------------ 61

3.11.1.Resultados de la validación de la propuesta ------------------------------------------------- 62

3.12.Conclusiones parciales del capítuloIII ---------------------------------------------------------- 65

CONCLUSIONES GENERALES -------------------------------------------------------------------- 66

RECOMENDACIONES GENERALES -------------------------------------------------------------- 66

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

11

RESUMEN EJECUTIVO

El presente trabajo contiene información sobre el desarrollo y programación de un dispositivo

autómata, el cual contribuirá con el proceso de aplicaciones tecnológicas en la carrera de

sistemas en Uniandes Tulcán, las bases para esta investigación son la automatización, control

y robótica, la cual apoyara a que estudiantes y docentes a través de la creatividad y el intelecto

construyan nuevos y mejores dispositivos tecnológicos. El presente trabajo está dividido en

tres capítulos:

El primer capítulo contempla el marco teórico el cual contiene conceptos básicos de robótica

y análisis de las distintas posiciones teóricas.

En el segundo capítulo se desarrolla el marco metodológico utilizando la investigación

bibliográfica de campo y aplicada, como los métodos empíricos y los métodos teóricos tales

como observación científica, validación por expertos, analítico – sintético, inductivo –

deductivo; y, sistémico, entre las técnicas de investigación se aplica las encuestas a

estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Autónoma de los Andes sede Tulcán,

además se analizaron e interpretaron los datos obtenidos aquellos que están plasmados en las

conclusiones y recomendaciones.

En el tercer capítulo se desarrolla la propuesta a través de un análisis de requerimientos lo

cual contribuyo al desarrollo del proyecto, este finaliza con la validación por expertos,

conclusiones y recomendaciones generales, bibliografía y anexos.

12

Palabras claves: Robótica, dispositivo autómata programado.

EXECUTIVE SUMMARY

This paper contains information on the development and programming of a PLC device, which

will contribute to the process of technological applications in the race Uniandes Systems in

Johannesburg, the basis for this research is the automation, control and robotics. Which

supports and teachers to warp of to create and the intellect contributing new and improvement

device craft. The work is divided into three chapters:

The first chapter provides the theoretical framework which contains basic concepts of robotics

and analysis of the different theoretical positions.

In the second chapter the methodological framework was developed using the literature and

applied field research, and empirical methods and theoretical methods such as scientific

observation, expert validation, analytic - synthetic, inductive - deductive; and systemic

techniques between research surveys applied to students of career systems at the Autonomous

University of the Andes based Johannesburg, further is analyzed and interpreted data from

those reflected in the conclusions and recommendations.

The proposal was developed through a needs analysis which contributed to the development of

the project in the third chapter, this ends with the expert validation, conclusions and

recommendations, bibliography and appendices.

13

Keywords: Robotic, PLC device program

1

INTRODUCCIÓN

Antecedentes de la investigación

Desde el año de la inversión del cubo de Rubik millones de personas han comprado este

rompecabezas tridimensional, con la intención de resolverlo, de las cuales la mayoría han

tenido dificultades en realizarlo, hasta algunas se han dado por vencido. Hoy en base a las

experiencias de las personas que lograron solucionar el cubo de Rubik se han podido

desarrollar diferentes formas que facilitan su resolución.

Cabe indicar que se revisaron tesis de grados y proyectos informáticos en la biblioteca de la

Universidad UNIANDES Tulcán, observando que hay temas similares al título de la presente

tesis, una de ellas la del Ingeniero Carlos Alfredo Palate Labre con el tema de “Robot

Inteligente que simule movimientos humanos”; cuyo objetivo fue desarrollar un robot que

simula movimientos humanos mediante sensores y motores, el cual facilito a los estudiantes

de la Universidad el conocimiento de este tipo de tecnologías usadas en la creación de robots

que nunca antes había sido desarrollado. Adicional a esto recalco que el presente tema es

nuevo en la Institución y no ha sido presentado anteriormente.

Planteamiento del problema

En la Universidad Regional Autónoma de los Andes “Uniandes” el principal problema es que

no existe un estudio en el área de robótica de manera práctica, por lo cual los estudiantes no

hacen uso de dispositivos autómatas únicamente se remiten a la Doctrina.

En la actualidad existe una amplia gama de rompecabezas que requieren algún tipo de

estrategia para poder resolver, uno de los más conocidos es el cubo de rubik, este

rompecabezas presenta un interesante y complejo problema matemático que simplemente no

puede ser resuelto por la fuerza bruta, sino que requiere ingenio y aplicación de un algoritmo

para encontrar una solución. Es fácil identificar como el ser humano emplea una de sus

principales capacidades sensoriales como es el sentido de la vista, para identificar los colores

de las piezas del cubo y con el complejo movimiento de las manos gira las caras del mismo

para resolverlo.

2

Sin embargo la complejidad que hay en armar el cubo ha llevado a que técnicos en sistemas y

robótica creen dispositivos autómatas que brindan una mejor utilidad y contribuyen al avance

de la tecnología.

Formulación del problema.

¿Cómo contribuir al desarrollo investigativo y tecnológico en el área de robótica de la carrera

de sistemas de UNIANDES - Tulcán?

Delimitación del problema

Lugar: Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes- Tulcán

Tiempo: Tiempo estimado para la tesis de grado es de 5 meces desde abril hasta agosto del

2014.

Objetivo de investigación y de campo de acción

Objetivo de investigación: Procesos Informáticos

Campos de Acción: Robótica

Identificación de la línea de investigación

Automatización y control

Objetivos

Objetivo general

Desarrollar un dispositivo autómata programado para la solución del cubo de rubik que

contribuya con el desarrollo investigativo y tecnológico en el área de robótica de la carrera de

sistemas de Uniandes Tulcán.

Objetivos Específicos

Fundamenta teóricamente sobre el cubo de rubik, robótica, inteligencia artificial y

desarrollo investigativo tecnológico.

Diagnosticar el estado actual del dispositivo autómata programado que solucione el cubo de

rubik en el área de robótica de la carrera de sistemas de la universidad Uniandes Tulcan.

Determinar los elementos constitutivos del dispositivo autómata programado con el fin de

solucionar el cubo de rubik.

Validar la propuesta por la vía de expertos.

3

Idea a defender

Con el desarrollo del dispositivo autómata programado se aplica los conocimientos de

programación, robótica e inteligencia artificial que va a contribuir con la investigación en el

área de robótica en la universidad Uniandes Tulcán.

Justificación del Tema

Ante la carencia de estudios sobre robótica en la universidad Uniandes, se pensó en el

desarrollo de un dispositivo autómata programado que contribuya en el desarrollo de

aplicaciones tecnológicas e industriales en el ámbito local.

La propuesta de esta investigación está dirigida a la carrera de sistemas, ya que ayuda a la

institución y a los estudiantes en su desarrollo que permitirá el aporte de conocimientos en

robótica y el uso de nuevas tecnologías para que sirva de ayuda en casas abiertas dentro y

fuera de la institución.

Variables

Variable Independiente: Dispositivo autómata programado.

Variable Dependiente: Solución del cubo de rubik para el desarrollo de la investigación

tecnológica.

Metodología

Métodos

Breve explicación de la metodología investigativa

La presente tesis de grado se llevara a cabo bajo los paradigmas cuantitativo y cualitativo,

teniendo en cuenta algunos tipos de investigación tales como; descriptiva, bibliográfica, de

campo y aplicada. Además se empleara diferentes métodos de investigación de carácter

empírico y teórico del conocimiento.

Métodos empíricos: Entre los metidos empíricos de investigación a utilizar tenemos:

Observación científica

Este método se lo utiliza para detectar con precisión el problema de investigación y realizar la

propuesta de solución al mismo.

4

Validación por expertos

La validez se la realiza mediante expertos en el área de sistemas.

Métodos teóricos: Entre los principales métodos teóricos a emplearse tenemos:

Método analítico – sintético

Este método permite el análisis y la síntesis de los elementos teóricos relacionados con la

temática de la tesis de grado.

Método inductivo – deductivo

Este método parte de estudios generales para llegar a estudios particulares o viceversa. En la

presente tesis, su aplicación se basa en la elaboración del marco teórico, el mismo que se lo

hace de manera deductiva y el desarrollo de la propuesta de manera inductiva.

Método sistémico

Este método permite aplicar la teoría de sistemas de información en la elaboración y

estructuración del informe final de la tesis de grado.

Técnicas e instrumentos de investigación

Las técnicas para recopilación de datos a utilizarse son la encuesta y la entrevista. Para la

encuesta se utiliza el cuestionario o test y para la entrevista se emplea la guía de entrevista.

Metodología para el desarrollo del dispositivo autómata programado

Análisis y diseño

El objetivo de esta fase es desarrollar el diseño arquitectónico de los sistemas, utilizando los

requerimientos obtenidos. En el diseño arquitectónico se engloba dos componentes: los datos;

y, los procesos, los cuales serán analizados y diseñados desde una perspectiva conceptual a

una física.

Construcción

Desarrolla y organiza la infraestructura que permite cumplir las tareas de construcción de la

forma más productiva posible.

Pruebas

Da inicio a las diferentes unidades de diseño que han sido desarrolladas y probadas por

separado.

5

Resumen de la estructura de la tesis: breve explicación de los capítulos de la tesis.

Capítulo I. Marco Teórico:

En este capítulo se analizan todas las teorías utilizadas para la elaboración de la presente tesis

de grado.

Capítulo II. Marco metodológico:

Se refiere a la metodología de investigación utilizada en la ejecución de la presente tesis.

Capítulo III. Desarrollo de la propuesta.

En este capítulo se detalla cómo está elaborado el dispositivo autómata, así como las

respectivas pruebas del mismo.

Aporte teórico, significación práctica y novedad científica

El aporte teórico de la tesis de grado, son los conceptos y los elementos constitutivos del

dispositivo autómata que solucione el cubo de rubik en la Universidad UNIANDES Tulcán.

La significación práctica aplicada en la presente tesis contribuye al desarrollo de la

investigación científica en el área de robótica que cumple un propósito en la facultad, el cual

es incentivar a los estudiantes en realizar sus propios robots para que sirva de ayuda en la

institución como un medio de investigación de nuevas tecnologías.

Novedad científica la propuesta radica en que la institución educativa, a través de dispositivos

autómatas mejore la carrera de sistemas, brindando a sus docentes y estudiantes mayor apoyo

práctico para la resolución de problemas mediante la aplicación de la robótica.

6

CAPÍTULO I

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Origen y evolución de los procesos informáticos

Un proceso informático es una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una

secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos del sistema asociado.

Son creados y eliminados por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo

de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos.

En la actualidad la robótica se conoce por sus orígenes hace miles de años y en la ciencia

ficción, desde el principio de los tiempos el hombre ha deseado crear vida artificial, seres que

realicen sus actividades a través de tareas pesadas que son difíciles de realizar por ellos

mismo.

1.2. Análisis de las distintas posiciones teóricas sobre los procesos informáticos

1.2.1 Generalidades

En este capítulo se presenta los procesos informáticos y también conceptos básicos sobre la

robótica que intervienen en el desarrollo del presente proyecto.

1.2.2 Procesos Informáticos

Un proceso informático puede informalmente entenderse como un programa en ejecución.

Formalmente un proceso es una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una

secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos de sistemas asociados.

Los procesos informáticos son gestionados por el sistema operativo y están formados por:

Las instrucciones de un programa destinadas a ser ejecutadas por el microprocesador.

Su estado de ejecución en un momento dado, esto es, los valores de los registros de

la unidad central de procesamiento para dicho programa.

Su memoria de trabajo, es decir, la memoria que ha reservado y sus contenidos.

Otra información que permite al sistema operativo su planificación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n_entre_procesos

http://es.wikipedia.org/wiki/Programa_inform%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrucci%C3%B3n_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador

http://es.wikipedia.org/wiki/Registro_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_central_de_procesamiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Scheduler

7

Los procesos informáticos son creados y eliminados por el sistema operativo, así como

también este se debe hacer cargo de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de

otros procesos.

1.2.3 Inteligencia artificial

La inteligencia artificial es un área multidisciplinaria que, a través de ciencias como la

informática, lo lógica y la filosofía, estudia la creación y diseño de entidades capaces de

razonar por sí mismo utilizando como paradigma la inteligencia humana.

En ciencias de la computación se denomina inteligencia artificial a la capacidad de razonar de

un agente no vivo. “Es la ciencia e ingenio de hacer máquinas inteligentes,

especialmente programas de cómputo inteligentes”. (John McCarthy, 1956)

También existen distintos tipos de percepciones y acciones, que pueden ser obtenidas y

producidas, respectivamente, por sensores físicos y sensores mecánicos en máquinas, pulsos

eléctricos u ópticos en computadoras, tanto como por entradas y salidas de bits de un software

y su entorno software.

1.2.4 Robótica

1.2.4.1 Definición

La robótica es la ciencia y la técnica que está involucrada en el diseño, la fabricación y la

utilización de robots, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar

tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de Inteligencia Artificial.

(UNSAAC, 2006)

La robótica permite la combinación de diversas disciplinas como: la electrónica, informática,

inteligencia artificial y la ingeniería de control. Actualmente la robótica ha ido evolucionando

a pasos agigantados y ha dado lugar al desarrollo de una serie de disciplinas como sería el caso

de la cirugía robótica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n_entre_procesos

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciencias_de_la_computaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_inteligente

http://es.wikipedia.org/wiki/John_McCarthy

http://definicion.de/ciencia

http://definicion.de/tecnica/

http://definicion.de/robot/

8

1.2.4.2 Principios de la robótica

Los robots no deben ser diseñados para matar o dañar a los humanos.

Los robots son herramientas diseñadas para lograr los objetivos humanos.

Los robots deben ser diseñados de forma que aseguren su protección y seguridad

Siempre debe ser posible averiguar quién es el responsable legal de un robot.

Los robots tienen el potencial de proporcionar impacto positivo inmenso para la sociedad.

La mala práctica nos perjudica a todos.

1.2.4.3 Sistemas de control

Los sistemas de control, según la teoría cibernética, se aplican en esencia para los organismos

vivíos, las máquinas y las organizaciones. Un sistema de control está definido como un

conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin

de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de

fallos y se obtengan los resultados buscados. (Norbert Wiener, 1948)

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

Ser eficiente evitando comportamiento bruscos e irreales

Recordamos que los automatismos y los robots son capaces de iniciar y detener procesos sin la

intervención manual del usuario. Para ello necesitarán recibir información del exterior,

procesarla y emitir una respuesta; en un automatismo dicha respuesta será siempre la misma

pero en un robot podemos tener diferentes comportamientos según las circunstancias. A esto

se le llama un sistema de control.

Existen dos tipos de sistemas de control de un robot:

Sistemas de control de lazo abierto

Sistemas de control de lazo cerrado

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n

9

Sistemas de control de lazo abierto

Sistemas de lazo abierto o sistemas sin realimentación. La salida no tiene efecto sobre el

sistema. Requiere un conocimiento preciso del proceso a controlar y la garantía del correcto

funcionamiento del controlador, que no tiene acceso a la salida de proceso. (Angulo Cecilio,

Raya Cristóbal, 2006).

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado

una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Estos

sistemas se caracterizan por:

Ser sencillos y de fácil concepto.

La salida no se compara con la entrada.

Éstas pueden ser tangibles o intangibles.

La precisión depende de la previa calibración del sistema.

Sistema de control de lazo cerrado

Sistemas de lazo cerrado o sistemas con realimentación o feedback. La toma de decisiones del

sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida. Son los sistemas en los que la

acción de control está en función de la señal de salida. La salida del proceso es utilizada para

regular la amplitud de su entrada, razón por la que se denomina sistema de control en lazo

cerrado. (Angulo Cecilio, Raya Cristóbal, 2006).

El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el

esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de lazo cerrado.

El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes

circunstancias:

Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.

Una a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.

Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención que

el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con riesgos que pueda ocasionar

al trabajador y al proceso.

10

Sus características son:

Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.

La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

Su propiedad de retroalimentación.

1.2.4.4 Característica de los sistemas de control

Señal de corriente de entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde

una fuente de energía extrema.

Señal de corriente de salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no

relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.

Variable manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la

respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso.

Variable controlada: Es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida

del proceso.

Variaciones externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de

orden correctivo.

Fuente de energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de

actividad dentro del sistema.

Retroalimentación: Es una característica importante de los sistemas de control de lazo

cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables de estado.

1.2.5 Sensores

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el

acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc. Los datos de entrada y de

retroalimentación de los sistemas de control se introducen mediante unos dispositivos,

normalmente electrónicos, que se denominan sensores. Un sensor es un dispositivo capaz de

detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y

transformarlas en variables eléctricas. (Estela Díaz López, 2006)

http://es.wikipedia.org/wiki/Retroalimentaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Variables_de_estado&action=edit&redlink=1

11

1.2.5.1 Características de un sensor

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.

Precisión: es el error de medida máxima esperado.

Resolución: mínima variación de magnitud de entrada que puede detectarse a la salida.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depende de cuánto varié la magnitud.

1.2.5.2 Tipos de sensores

Existen diferentes tipos de sensores, en función del tipo de variable que tengan que medir o

detectar.

De contacto

Ultrasónicos

Ópticos

Térmicos

De humedad

Magnetismo

De infrarrojos

Sensores de contacto

Sensores de contacto también conocido como bumper es un conmutador de 2 posiciones con

muelle de retorno a la posición de reposo y con una palanca de accionamiento más o menos

larga según el modelo elegido. Se usan para detección de obstáculos por contacto directo.

(Estela Díaz López, 2006).

Se emplean para detectar el final del recorrido o la posición límite de componentes mecánicos.

Los principales son los llamados fines de carrera. Se trata de un interruptor que consta de una

pequeña pieza móvil y de una pieza fija que se llama NA, normalmente abierto, o NC,

normalmente cerrado.

La pieza NA está separada de la móvil y sólo hace contacto cuando el componente mecánico

llega al final de su recorrido y acciona la pieza móvil haciendo que pase la corriente por el

circuito de control.

12

La pieza NC hace contacto con la móvil y sólo se separa cuando el componente mecánico

llega al final de su recorrido y acciona la pieza móvil impidiendo el paso de la corriente por el

circuito de control. Según el tipo de fin de carrera, puede haber una pieza NA, una NC o

ambas.

Sensores ultrasónicos

El sensor ultrasónico es uno de los sensores que le dan visión al robot, es decir, permite al

robot ver y detectar objetos. Los sensores que detectan la proximidad de algún objeto a cierta

distancia, emitiendo un sonido y midiendo el tiempo en el que la señal demora en regresar,

para esto usa el eco del objeto para transformarlo en información. Es decir emiten un pulso

ultrasónico contra el objeto a censar y al detectar el pulso reflejad, se para un contador de

tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso. (Sandria Julio, 2007)

Sensores ópticos

Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega

al sensor. Los principales sensores ópticos son las fotorresistencias, las LDR. Las LDR son

muy útiles en robótica para regular el movimiento de los robots y detener su movimiento

cuando van a tropezar con un obstáculo o bien disparar alguna alarma. También sirven para

regular la iluminación artificial en función de la luz natural. El circuito que aparece en la

imagen superior derecha nos permitiría controlar la puesta en marcha de una alarma al

disminuir la intensidad luminosa que incide sobre un LDR.

Sensores térmicos

La principal aplicación de los sensores térmicos es, como es lógico, la regulación de sistemas

de calefacción y aire acondicionado, además de las alarmas de protección contra incendios. Es

un dispositivo eléctrico o electrónico que detecta temperatura y cuando esto sucede el cambia

su estado enviando una señal a un circuito electrónico que lo informa, puede ser:

Sensores bimetálicos

Sensores termoeléctricos

Sensores monolíticos o de silicio

Sensores piro eléctricos

13

Sensores de humedad

Se basa en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una

conductividad eléctrica; por esa razón el reglamento de baja tensión prohíbe la presencia de

tomas de corriente a la bañera. Por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos van a

conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un

transistor en zona activa que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad.

Sensores magnéticos

Detecta los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El

principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de materiales

ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo

magnético, cerrando el circuito. El interruptor Reed puede sustituir a los finales de carrera para

detectar la posición de un elemento móvil, con la ventaja de que no necesita ser empujado

físicamente por dicho elemento sino que puede detectar la proximidad sin contacto directo.

Esto es muy útil cuando interesa evitar el contacto físico.

Sensores infrarrojos

Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y

que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento de los

mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los

fototransistores del aparato.

1.2.6. Desarrollo de la investigación tecnológica

Una mayor inversión en la educación se fundamenta en que ésta hace parte del desarrollo

tecnológico, y es esencial en las decisiones de los empresarios para alcanzar mayores

aumentos de productividad. El progreso técnico consiste en diversificar la economía

acrecentando los bienes que se saben producir. El desarrollo tecnológico que conlleva un

cambio del mismo tipo ocurre cuando las acciones de individuos que persiguen su propio

interés pueden generar mejoras en las tecnologías, de las cuales se benefician otros sin ningún

costo adicional es decir, que no se presenta exclusión.

14

1.2.7. Origen y evolución del Cubo de Rubik

El Cubo de Rubik ocubo mágico, como se conoce en algunos países es un rompecabezas

inventado por el escultor y profesor de arquitectura húngaro. Se trata de un conocido

rompecabezas cuyas caras están divididas en cuadrados de un mismo color que se pueden

cambiar de posición. El objetivo de resolver el rompecabezas se consigue al colocar todos los

cuadrados de cada cara del cubo con el mismo color. (Ernö Rubik, 1974)

Se ha estimado que se han vendido más de 350 millones de cubos de Rubik o imitaciones en

todo el mundo. Su sencillo mecanismo sorprende tanto desde el punto de vista mecánico, al

estudiar su interior, como por la complejidad de las combinaciones que se consiguen al girar

sus caras. En el cubo típico, cada cara está cubierta por nueve cuadrados de un color sólido.

Cuando está resuelto, cada cara es de un mismo color.

1.2.7.1. Soluciones

Muchassoluciones para el cubo de Rubik se han descubierto de manera independiente. El

método más popular fue publicado en el libro “Notas sobre el Cubo Mágico de Rubik”. Esta

solución consiste en resolver el cubo capa por capa. (David Singmaster, 1981)

Se han desarrollado soluciones rápidas para resolver el cubo lo más rápido posible. La

solución rápida más común fue desarrollada por Jessica Fridrich. Es un método muy eficiente

capa por capa que requiere una mayor cantidad de algoritmos, especialmente para orientar y

permutar la última capa.

Las soluciones siguen una serie de pasos e incluyen un conjunto de algoritmos para cada paso.

Un algoritmo, también conocido como proceso u operador, es una serie de giros que lleva a

cabo un objetivo específico.

1.2.7.2. Competencias

Se hanllevado a cabo muchas competiciones en buscar la solución más rápida del cubo de

rubik. El primer torneo mundial lo organizó Guiness de los records, y se llevó a cabo en

Múnich en 1981.

15

El primer torneo mundial internacional se llevó a cabo en Budapest el 5 de junio de 1982, y lo

ganó Mihn Thai, un estudiante vietnamita de Los Ángeles con un tiempo de 22.95 segundos.

Desde 2003, las competiciones se determinan por el promedio de tiempo de 5 intentos; pero el

mejor tiempo único de todos también lo registra la World Cube Association, que mantienen el

registro de los récords mundiales.

1.3. Valoración critica

La robótica es una de las herramientas educativas donde los estudiantes ponen en práctica los

conceptos adquiridos en el diseño y la programación de los sistemas robóticos. Con la

implementación del dispositivo autómata programado para la solución del cubo de rubik

contribuye con la investigación tecnológica del área de robótica de Uniandes Tulcán, los

estudiantes utilizan estrategias integradoras para la enseñanza y el aprendizaje que permite un

desarrollo basado en el trabajo de proyectos donde los estudiantes desarrollan ideas para

implementar un robot.

El desarrollo del presente proyecto de tesis tiene con finalidad dar a conocer los diferentes

dispositivos y con su respectiva configuración en el área de robótica, es con el fin de que la

universidady los estudiantes de la carrera de Sistemas, se incentiven con la investigación en

esta área.

1.4. Conclusiones parciales del capítulo I

Este capítulo hace referencia a los diferentes aspectos teóricos en los que se define y se

analiza temas sobre la robótica, inteligencia artificial lo que ayuda al desarrollo de la tesis en

el ámbito de investigación.

La robótica cumple un rol muy importante, ayuda a implementar, mejorar y desarrollar

sus propias tecnologías.

Ofrece a los estudiantes nuevos conocimientos tecnológicos, el cual permite que

desarrollen la creatividad, diseñado e implementado dentro de la institución.

16

CAPÍTULO II

2. MARCO METODOLÓGICO

2.1. Caracterización de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes

extensión Tulcán.

La Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán, está ubicada en el Sector

de Santa Rosa de Taques, es una institución de educación que tiene características de entidad

de derecho privado y laico, con personería jurídica, autonomía administrativa y financiera, que

ofrece una formación integral a sus estudiantes nacionales y extranjeros. Cuya visión es ser

una institución reconocida a nivel nacional e internacional por su calidad, manteniendo entre

sus fortalezas un cuerpo docente de alto nivel académico y un proceso de formación

profesional centrada en el estudiante.

Actualmente la universidad UNIANDES extensión Tulcán, brinda carreras debidamente

abalizadas por el Senescyt tales como:

Sistemas e informática

Contabilidad y auditoria

Derecho; y,

Enfermería

2.2. Descripción del procedimiento metodológico para el desarrollo de la investigación

2.2.1. Modalidad de investigación

La presente tesis de grado, adoptan las modalidades de investigación cualitativa y cuantitativa.

En el paradigma cuantitativo se destacan elementos propios de la investigación de campo

como: población, muestra, variables y parte de la estadística. Los datos se los obtuvo a través

de encuestas aplicadas a los estudiantes de la carrera de sistemas de la universidad Uniandes.

En el paradigma cualitativo se realiza un análisis de investigación teórica y síntesis de la

información recopilada. Después de haberse analizado los datos obtenidos se ve la necesidad

de implementar un laboratorio de robótica, el cual ayudara a los estudiantes de la carrera de

sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes de la ciudad de Tulcán a abordar

nuevos conocimientos en sistemas robóticos.

17

2.2.2. Tipos de investigación

En el desarrollo de la tesis, se emplean diferentes tipos de investigación que se detallan a

continuación:

2.2.2.1. Investigación bibliográfica

Se realizan investigaciones basadas en libros e internet, los mismos que permiten desarrollar el

marco teórico de la presente tesis.

2.2.2.2. Investigación de campo

En este tipo de investigación se realiza un estudio cuantitativo-cualitativo, recopilando datos y

fundamentando la propuesta.

2.2.2.3. Investigación aplicada

Esta investigación integra la teoría con la práctica, permitiendo el desarrollo de la propuesta.

Esta investigación se la encuentra en la construcción del dispositivo autómata, aplicando

conocimientos adquiridos en el transcurso del nivel académico.

2.2.3. Población y muestra

2.2.3.1. Población

La población es objeto de investigación que comprende a dos semestres de la carrera de

sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes extensión Tulcán, los

cuales son:

ESTUDIANTES Nro.

Sistemas VI 12

Sistemas VIII 9

Total 21

Tabla Nº 01

Fuente: Investigación de Campo

Elaborado por: Jeniffer Daniela Acosta Paucar

18

2.2.3.2. Muestra

Para la presente investigación se recogeuna pequeña población de 21 estudiantes de la carrera

de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán.

2.2.4. Métodos, técnicas e instrumentos de investigación

Los métodos de investigación empleados son de carácter empírico y teórico del conocimiento.

2.2.5. Métodos empíricos

La investigación empírica es un modelo de investigación que se basa en la experimentación y

la lógica empírica, es el más utilizado en el campo de las ciencias sociales y en las ciencias

naturales.

Entre los métodos empíricos de investigación, se tiene:

2.2.5.1. Observación científica

Este método se lo utiliza para detectar con precisión el problema de investigación y plantear la

propuesta de solución al mismo. Es un elemento fundamental para obtener la mayor cantidad

de información, ya que gran parte de los conocimientos se los adquiere a través de la técnica

de la observación.

2.2.5.2. Validación por expertos

La validación de la tesis se la realiza mediante expertos del área de sistemas, con el fin de

darle una valoración cualitativa y cuantitativa al mismo.

2.2.6. Métodos teóricos

A través de los métodos teóricos se definen las relaciones esenciales del objetivo de

investigación, los cuales son utilizados para la compresión de los hechos y para la formulación

de la hipótesis de la investigación. Entre ellos tenemos:

19

2.2.6.1. Método analítico- sintético

Este método permite el análisis y la síntesis de los elementos teóricos relacionadoscon la tesis

de grado.

2.2.6.2. Método inductivo- deductivo


presente tesis, la aplicación de este método, se basa en la elaboración del marco teórico, el

mismo que se lo hace de manera deductiva y el desarrollo de la propuesta de manera

inductiva.

2.2.6.3. Método sistémico



2.2.7. Técnicas de investigación

Las técnicas para recopilación de datos son la encuesta y la entrevista. Para la encuesta se

utiliza el cuestionario o test y para la entrevista se emplea la guía de entrevista. En la presente

tesis de utiliza únicamente la técnica de la encuesta.

2.2.7.1. Encuesta

Esta técnica se utiliza para adquirir información de los diversos puntos de vista de los

estudiantes de la carrera de sistemas.

2.2.8. Instrumentos de investigación

2.2.8.1. Cuestionario

Este instrumento de investigación es un conjunto de preguntas sobre hechos o aspectos que

permite obtener información oportuna y necesaria, la cual se obtuvo gracias a la colaboración

de los estudiantes de la carrera de sistemas.

20

2.3. Interpretación de Resultados

Encuesta dirigida a los estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Regional

Autónoma de los Andes extensión Tulcán.

Pregunta Nº 01: ¿Considera que la creación de un laboratorio de robótica en la Universidad

seria?

Identificador Oportuno Poco

Oportuno

Nada

Oportuno

Total

Frecuencia 19 2 - 21

Porcentaje 95% 5% - 100%

Tabla Nº 02



Análisis e interpretación de datos

Como se observa la gran mayoría de la población encuestada está de acuerdo en que se

implemente un laboratorio en el área de robótica, ya que contribuye con el futuro de los

estudiantes y de la misma Universidad. El resto de la población piensa que es poco oportuno

que se cree un la laboratorio en el área de Sistemas.

Pregunta Nº 02: ¿Le gustaría diseñar y programar su propio robot?

Identificador SI NO Total

Frecuencia 20 1 21

Porcentaje 98% 2% 100%

Tabla Nº 03




Se observa que a la mayoría de los estudiantes les gustaría diseñar su propio robot ya que les

permitiría dotar a la universidad de diferente dispositivos autómatas, con esto el docente

podría utilizar el robot como una herramienta educativa de aprendizaje, para impartir los

conocimientos en diseño y programaciónde una forma más técnica.

21

Pregunta Nº 03: ¿Considera que la robótica, contribuye con el desarrollo tecnológico y

académico en los estudiantes de Uniandes de la carrera de sistemas?

Identificador Mucho Poco Nada Total



Tabla Nº 04




Se observa que la mayoría de la población encuestada considera que la robótica si contribuye

con el desarrollo tecnológico en la carrera de sistemas, y pocas personas piensan que no

contribuye con el desarrollo del mismo.

Pregunta Nº 04: ¿Usted como estudiante de la carrera de sistemas conoce los proyectos o

tesis de robótica que se han desarrollado en la Universidad?


Frecuencia 7 14 21


Tabla Nº 05




Se observó que la mayoría de la población encuestada no tiene ningún conocimiento sobre los

proyectos de robótica y pocos de ellos conocen de que se trata o como fueron desarrollados.

Con la creación de un laboratorio en la carrera de sistemas se ayudaría a que los estudiantes

puedan obtener nuevos conocimientos sobre los proyectos.

22

Pregunta Nº 05: ¿Tiene conocimientos sobre los proyectos de robótica como su funcionalidad

o la programación que se ha utilizado?


Frecuencia 4 17 21


Tabla Nº 06




La gran mayoría de los estudiantes encuestados no tienen ningún conocimiento de que

programación se utiliza para los proyectos de robótica, es necesario que se incentive a los

estudiantes con un laboratorio, para que con su capacidades puedan desarrollar un robot a

través de la programación y los actuales conocimientos tecnológicos.

Pregunta Nº 06: ¿Cómo estudiante de la carrera de sistemas le gustaría que se aplique

conocimientos de robótica e inteligencia artificial en la creación de sistemas robóticos?


Frecuencia 21 - 21

Porcentaje 100% - 100%

Tabla Nº 07




Se observa que todos los estudiantes encuestados están de acuerdo en que la carrera de

sistemas aplique conocimientos de robótica e inteligencia artificial en la creación de robots, ya

que así se obtiene nuevos conocimientos tecnológicos y los estudiantes se incentivan en

realizar un robot como tesis de grado, aplicando los conocimientos aprendidos a lo largo de la

carrera.

23

Pregunta Nº 07: ¿La implantación de un dispositivo que solucione el cubo de rubik permitirá

utilizar estrategias integradoras para la enseñanza- aprendizaje de esta ciencia?

Identificador Muy De

acuerdo

De Acuerdo Desacuerdo Total



Tabla Nº 08




Se observa que la gran mayoría de estudiantes encuestados están muy de acuerdo en que el

dispositivo que arma el cubo de rubik utiliza estrategias integradoras para la enseñanza y el

aprendizaje de los estudiantes, y sirve de ayuda a los decentes a poder incrementar más

dispositivos en proyectos de tesis, que en un futuro podrían ser presentados en casas abiertas

fuera y dentro de la institución.

2.4. Metodología del desarrollo del dispositivo

2.4.1. Análisis/diseño

El objetivo es desarrollar el diseño arquitectónico de los sistemas, utilizando los

requerimientos obtenidos. El diseño arquitectónico se engloba dos componentes: los datos y

los procesos, los cuales serán analizados y diseñados desde una perspectiva conceptual a una

física.

El análisis es un conjunto o disposición de procedimiento o programas relacionados de manera

que juntos forman una sola unidad. Un conjunto de hechos, principios y reglas clasificadas y

dispuestas de manera ordenada mostrando un plan lógico en la unión de las partes.

En el diseño se define el proceso de aplicar ciertas técnicas y principios con el propósito de

definir un dispositivo, un proceso o sistema, con suficientes detalles como para emitir su

interpretación y realización física.

24

Se encuentra 4 actividades:

Analizar y diseñar procesos: En las operaciones del negocio y los requerimientos de

funcionamiento, se toma en cuenta el propósito de determinar la forma en que debe funcionar

el sistema.

Analizar y diseñar los datos: Con los requerimientos de información se debe organizar

los distintos modelos de datos que nos ayudan a diseñar la base de datos que hagan falta para

que el sistema funcione de acuerdo al modelo de funcionamiento.

Diseñar y organizar los componentes físicos: Todo componente físico como plantilla,

base de datos hacen posible la función del sistema de acuerdo al modelo de funcionamiento.

Planificar el desarrollo de los componente físicos: Actividad en la cual planificamos la

forma en que pueden ser construidos e implementados los componentes físicos de una forma

rápida y productiva.

2.4.2. Construcción

Dentro de esta fase de construcción existen diferentes actividades:

Dentro de infraestructura: Se desarrolla y organizara la infraestructura que permite

cumplir las tareas de construcción en la forma más productiva posible.

Adaptación de paquetes: Cada componente del paquete será revisado en forma

exhaustiva por el equipo analista- usuario, con el fin de conocer y comprender todos los

aspectos del paquete.

Desarrollo de unidades de diseño interactivas: Las unidades de diseño interactivas, son

procedimientos que se cumplen o se ejecutan a través de un dialogo usuario/ sistema.

Desarrollo de unidades de diseño manuales: Incluyen las tareas que se ejecutan en

forma manual que se incluyen dentro de los procedimientos administrativos. Las actividades

tienen como objetivo central del desarrollo todos los procedimientos administrativos que

rodean y gobernarán la utilización de los componentes computarizados desarrollados en la fase

de diseño detallado y construcción.

25

2.4.3. Pruebas

En esta fase, las diferentes unidades de diseño han sido desarrolladas y probadas por separado.

Durante su desarrollo, el sistema se emplea de forma experimental para asegurar que el

software no falle y funcione de acuerdo a sus especificaciones de la manera que los usuarios

esperan que lo haga. Para evaluar el desenvolvimiento del sistema, en esta fase se llevan a

cabo varios niveles de prueba.

Funcionalidad: Prueba desde el punto de vista de los requerimientos funcionales

De sistema: Prueba desde los niveles de calidad del sistema y de desempeño.

De integración: Prueba de interfaces

2.4.4. Implementación

En esta fase una vez implementado el dispositivo se procederá a programar en Lego EV3, este

una vez se encargara de controlar el cerebro lo cual permitirá realizar diferentes ejecuciones a

través de los sensores y los servomotores instalados en el robot.

2.5. Conclusiones parciales del capítulo II

Este capítulo describe la metodología empleada, los tipos de investigación utilizados y los

diferentes métodos, técnicas e instrumentos aplicados, los cuales son de gran importancia para

la elaboración del diagnóstico y la propuesta de investigación.

Se aplica la integración de ambos paradigmas que explican la esencia paradigmática

metodológica entre lo cuantitativo y lo cualitativo, la modalidad cualitativa se caracteriza por

la aplicación de los métodos teóricos, mientras que la modalidad cuantitativa aplica métodos

empíricos de recolección de información y de interpretación mediante modelos matemáticos

estadísticos en los cuales se ha utilizado tablas para el análisis e interpretación de resultados.

En lo referente a las encuestas realizadas a estudiantes de los niveles superiores de la

carrera de sistemas, el 95% destaca la importancia de elaborar un dispositivo autómata

programado que permita armar y solucionar el cubo de rubik, y la necesidad de implementar

un laboratorio de robótica que contribuya al avance en la investigación tecnológica.

26

CAPITULO III

3. DESARROLLODE LA PROPUESTA

3.1 Título de la propuesta

Cubo de Rubik

3.1.1. Caracterización de la propuesta

En la presente investigación se realizó el ensamblaje de un dispositivo autómata, que arma el

cubo de rubik de manera correcta y servirá como materia de investigación en la carrera de

sistemas tanto para estudiantes como para docentes y la comunidad en general.

3.1.2. Objetivo de la propuesta

Contribuir con el desarrollo investigativo y tecnológico en el área de robótica de la carrera de

sistemas de la Universidad Uniandes Tulcán.

3.1.3. Análisis de requerimientos

Problemas Requerimientos

No existe un laboratorio de robótica

en la carrera de sistemas de Uniandes.

Implementar un laboratorio de robótica.

La carencia de robots Incentivar en los estudiantes la necesidad de la

robótica y su estudio en la actualidad

Los estudiantes no tienen lo

suficientes conocimientos en robótica

Profundizar los conocimientos en robótica a través de

capacitaciones y talleres permanentes a docentes y

estudiantes de la carrera de sistemas.

Tabla Nº 09



3.2 Análisis y Especificaciones Técnicas del Hardware Utilizado, Lego Mindstorms EV3.

La plataforma robótica que se utilizó para desarrollar esta investigación es el Lego

Mindstorms EV3.

27

3.2.1 Lego Mindstorms

Los Mindstorms son un o kits de Lego que permiten construir robots uniendo diferentes

piezas, sensores y actuadores, todo ello controlado por un cerebro al que se conoce como

ladrillo inteligente. Programado dicho ladrillo, podemos conseguir que nuestro robot realice

diferentes acciones o se comporte de un modo u otro frente a determinados eventos. Lego

Mindstorms puede ser usado para construir un modelo de sistema integrado con partes

electromecánicas controladas por computador.

Es una plataforma para el diseño y desarrollo de robots, la construcción de un robot se basa en

la unión de bloques de plástico con características de Lego, junto con piezas plegadas y

algunas piezas que permitan la rotación de ruedas o piezas.

Grafica Nº1

Fuente: Investigación Bibliográfica


Características:

Ladrillo o “Brick”, unidad central de procesamiento

Procesador ARM9 más potente y rápido

16 MB de memoria Flash para guardar los programas

64 Mo de memoria RAM para guardar datos

1 pantalla LCD

Compatible con sistemas móviles IOS y Android

Cuatro puertos para motores

28

Cuatro puertos para sensores

2 motores de gran potencia

1 motor de potencia media

1 sensor táctil

1 sensor de color y de iluminación

1 sensor infrarrojo con un alcance de 2m que sirve también como mando a distancia

Comunicación Bluetooth 2.1

Puerto USB 2.0 que permite conectar un comunicados Wifi

Usa seis baterías (pilas) tipo AA

Display con resolución 178 x 128 pixels

Grafica Nº2



3.2.2 Estructura general de dispositivo autómata

Los elementos que conforman el diseño del dispositivo autómata son:

3.2.2.1 Partes electrónicas

3.2.2.2 Cerebro

Es la parte principal del robot, ya que hay se encuentran toda la parte lógica y electrónica que

permite la mayoría de acciones del robot, hay almacena programas que se pueden cargar en su

memoria interna y guardarlos allí.

29

3.2.2.3 Sentidos

Los sentidos se colocan estratégicamente sobre la estructura del robot, que dispone de varios

sensores, como son: sensor ultrasónico y sensor de luz, los cuales envían al cerebro la

información necesaria para ver si el dado está ubicado y que se proceda a detectar los colores.

3.2.2.4 Estructura externa

3.2.2.5 Puertos de entrada y salida

Como medio de entradas posee tres conectores que permite capturar la información que

proviene de los distintos sensores. Las entradas se conforman por un bloque de 2x2, que sus

cabezas se encuentran rodeadas de un material conductor que permite la lectura del sensor.

Las entradas se ubican en la parte superior de la pantalla de LCD, son de color gris y se

distinguen por los números 1, 2,3 y 4.

Las salidas del bloque RCX son para energizar los motores que se pueden conectar al robot y

así darle movimiento. El voltaje que se provee es de 9 volts, haciendo que cada motor que se

conecte al bloque pueda moverse acorde a las instrucciones del programa. Las salidas de

energía se encuentran en la parte inferior de la pantalla LCD, son de color negro y se

distinguen por las letras A, B, C y D.

3.2.2.5.1 Puertos de entrada

Puertos 1, 2, 3, 4 son puertos de entrada que mediante base conectora de 2x2 módulos, permite

capturar por separado la información enviada por los diferentes sensores.

Grafica Nº3



http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/LCD

30

3.2.2.5.2 Puertos de salida

Puertos A, B, C, D son puertos de salida; es decir, en estos puertos se conectan los

servomotores. Las salidas son de nueve voltios y permite mover motores y otros actuadores

para dar movimiento al robot, cada uno actúa de acuerdo al movimiento que le manda el

programa.

Grafica Nº4



3.2.3 Pantalla LCD

Grafica Nº5



La pantalla grafica LCD de 100 x 64 pixel blanco y negros, con una rea de visión de 26 x 40,6

mm se maneja el EV3 de una manera sencilla. El LCD se lo controla mediante un ultra chip

1601 que se conectan mediante un bus SPI de 2 MHz de velocidad, al ARM7.

31

El Software de control de la pantalla LCD del dispositivo presenta una configuración

avanzada que permite interactuar con otros dispositivos como los teléfonos móviles, mediante

el Bluetooth, permite la conexión al computador mediante el cable USB y también permite

interactuar con otros dispositivos infrarrojos.

Cuando está en funcionamiento, la pantalla LCD muestra la rutina de la ejecución del

programa, movimientos o el tiempo de ejecución.

Grafica Nº6



Se visualiza en la pantalla el estado de los sensores y se crean programas.

Tiene cuatro botones en la parte superior para utilizar los programas, los mismos que serán

configurados y ejecutados.

Superior, detección en las entradas de los sensores y el nivel de carga de las baterías.

Central, zona alfanumérica que permite ver el contador, temporizador o valores

registrados por un sensor.

Inferior, indica el sentido de movimientos de los motores.

Lateral izquierdo, muestra si hay conexión inalámbrica mediante el puerto infrarrojo.

3.2.4 Conexión USB

Permite la conexión, programación y manipulación del bloque EV3, que mediante el USB

conectado al computador manipula fácilmente al robot.

32

3.2.4.1 Pasos para la conexión USB

Asegúrese de que el Bloque EV3 este encendido.

Conecte el cable USB, que recibió con el Bloque EV3, al equipo y al Bloque EV3.

La conexión se estableció. En la pantalla del Bloque EV3 aparecerá „USB‟ para confirmar

la conexión.

Grafica Nº7



3.2.5 Conexión Bluetooth

Permite la conexión, programada y manipulada de bloqueo EV3 desde otros dispositivos

cercanos como celulares, computadores, etc. Mediante este puerto se puede manipular

fácilmente el robot.

3.2.5.1 Pasos para conectarse mediante el Bluetooth

Asegúrese de que el bloque EV este encendido.

Asegúrese de que el Bluetooth este activo en el bloque EV3.

Haga clic en Expandir/Contraer la página de hardware en el Software de EV3 para

expandir la página del hardware.

Seleccione la pestaña Bloqueos disponibles. Si el bloque EV3 no está en la lista, verifique

la casilla BT y haga clic en actualizar para ubicar el dispositivo.

Acepte la conexión en el Bloque EV3, ingresado manualmente la contraseña.

Si la conexión se estableció un icono de Bluetooth aparecerá en la pantalla de bloque EV3

para confirma la conexión.

33

3.2.6 Conexión inalámbrica

Puede configurar una conexión inalámbrica en su bloque EV3 con las herramientas de

configuración inalámbrica.

Grafica Nº8



Se accede a la herramienta de configuración inalámbrica a través del menú herramientas o

haciendo clic en el botón configuración inalámbrica que se encuentra en la pestaña

información de su página de hardware.

Para agregar o editar una conexión, selección la red que desea eliminar y haga clic en eliminar.

3.2.6.1 Pasos para conectarse por la conexión inalámbrica

Asegúrese de que el Bloqueo EV· este encendido.

Asegúrese de que el Wifi este encendido en el Bloqueo EV3.

Conecte el cable USB, que recibió con el Bloqueo EV3, al equipo y al Bloqueo EV3.

Acceda a la herramienta de configuración inalámbrica en la página de hardware de

software de EV3 (que se muestra a continuación) o ábrala desde el menú Herramientas.

Grafica Nº9



34

Seleccione la red a la que desea conectarse y haga clic en conectar para configurar la

conexión.

o Haga clic en agregar para agregar una red que no esté transmitiendo su SSID

o Haga clic en editar para editar las configuraciones de una red configurada

previamente.

Seleccione la red a la que desea conectarse y haga clic en conectar para configurar la

conexión.

o Haga clic en agregar para agregar un red que no esté transmitiendo su SSID

o Haga clic en editar para editar las configuraciones de una red configurada

previamente.

Haga clic en aceptar para establecer la conexión inalámbrica.

3.2.7 Alimentación electrónica

Como fuente de alimentación se puede utilizar 6 baterías AA de 1,6 voltios, y se las coloca en

la parte inferior del bloque EV3. Las baterías proporcionan energía tanto para el

funcionamiento del bloque EV3 como también para los servomotores y los sensores que se

conectan.

Grafica Nº10



3.3 Sensores externos

El bloqueo EV3 recibe información del exterior através de sus sensores periféricos conectados

a los puertos de entrada del EV3, los cuales son:

35

Sensor de contacto

Sensor infrarrojo

Sensor de luz o de color

Sensor ultrasónico

Grafica Nº11



3.3.1 Sensor de contacto

Permite detectar si el bloque que posee ha colisionado o no con algún objeto que se encuentre

en su trayectoria inmediata. Al tocar una superficie, una pequeña cabeza externa se contrae,

permitiendo que una pieza dentro del bloque cierre un circuito electrónico comience a circular

energía, provocando una variación de energía 0 a 5 V.

Grafica Nº12



3.3.1.1 Características:

Detecta cuando el botón es activo o liberado

Cantidad por Kit: 2

Puede detectar acciones sencillas o múltiples

36

3.3.2 Sensor de infrarrojo

Permite enviar y recibir ultrasonidos para verificar la presencia de un objeto a ciertas

distancias. El sensor es prácticamente los ojos del robot, detecta si un objeto está cerca y los

obstáculos que el entorno presenta.


Sensor de tecnología infrarroja IR

Distancia de detección de 50-70 cm

Rango de distancia desde el control (“Beacon”): 2mts

Recibe comandos infrarrojos remotos

Grafica Nº13



3.3.3 Sensor de luz o de color

El sensor de luz permite tomar muestra de luz mediante un bloque modificado que un extremo

trae un conductor electrónico y por el otro lado una cámara oscura que capta los colores. Esta

cámara es capaz de detectar la luces entre rangos 0,6 a 760 lux. El EV3 escala las medidas en

porcentajes de 0-100.

Grafica Nº14



37


Sensor digital

Distingue entre 7 diferentes colores y detecta ausencia de color

Funciona también como un sensor de luz

Puede ser usado en robots seguidores de línea.

Razón de muestreo de KHz

3.3.4 Sensor ultrasónico

Su principal función es detectar las distancias y el movimiento de un objeto que se interponga

en el camino del robot. Este sensor es capaz de detectar objetos que se encuentren desde 0 a

255 cm. Mediante el principio del eco, el sensor es capaz de recibir la información de los

distintos objetos que se encuentren en el camino de detención. El sensor funciona mejor

cuando las señales ultrasónicas que reciben, provienen de objetos que sean grandes, planos o

de superficies duras.

Grafica Nº15



3.3.4.1 Datos del sensor ultrasónico

El sensor puede proporcionar los siguientes datos:

Datos Tipo Alcance Notas

Distancia en

centímetros

Numérico Entre 0 y 255 Distancia al objeto en centímetros.

Distancia en

pulgadas

Numérico Entre 0 y 100 Distancia al objeto en pulgadas.

http://www.bestofrobots.es/media/catalog/product/cache/2/image/800x/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/c/a/capteur_infra_rouge_ev3_mindstorms.jpg

38

3.4 Servomotor

También llamado motor servo es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que

tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de un rango de operación, y

mantenerse estable en dicha posición.

Un servomotor es un motor electrónico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en

velocidad como en posición.

Grafica Nº16



3.4.1 Características:

Velocidad de rotación de 240-250 rpm

Torque de giro de 8 N/cm (aproximadamente 17 oz/in)

Torque del eje de 12 N/cm

Especialmente para cargas de bajo poder y velocidades de reacciones rápidas

Sensor de rotación incluido

3.5 Cable de conexión USB

Mediante el USB permite la conexión entre el CPU y el robot.

Grafica Nº17



39

3.5.1 Características

Cable USB-Mini

Cantidad por Kit: 1

Conecta el Brick a un PC para programar

Longitud de 1 metro

3.6 Funcionamiento del Lego Mindstorms EV3

Es un Software diseñado para emplear el Lego. Para programar Lego EV3 se necesita un

computador con procesador con sistema operativo Windows XP, con puertos USB y

bluetooth.

A continuación se muestra la barra de herramientas.

Grafica Nº18



3.6.1 Herramientas de acción

En esta barra se muestra todas las opciones de movimiento de servo motores y su respectiva

configuración.

Grafica N19



40

3.6.2 Herramientas de control de flujo

En esta barra de herramientas se muestra las herramientas de repetición como: case, while, etc.

Grafica Nº 20



3.6.3 Sensores

Se muestra herramientas que permiten controlar los diferentes sensores de robot, como son:

sensor de luz, sensor de color, sensor de contacto, sensor ultrasonidos, sensor infrarrojo, etc.

Grafica Nº 21



3.6.4 Herramientas para operaciones de datos

Se muestra todas las herramientas para realizar diferentes operaciones donde intervienen

datos.

Grafica Nº22



41

3.6.5 Herramientas de control avanzado

Muestra las herramientas para procesos avanzados, como son: control mediante bluetooth,

Wifi, infrarrojo, inalámbrica, etc.

Grafica Nº23



3.6.6 Mis bloques

Se muestra bloques creados para nuestra área de trabajo. Para poder crear estos bloques se

utiliza la herramienta seleccionar; y, se selecciona todos los bloques que desea encerrar con

un cuadro de selección.

Seleccione “Constructor de Mi Bloque” en el menú herramientas para iniciar digite un nombre

y describa brevemente el bloque.

Grafica Nº 24



42

Selecciona uno de los iconos “Mi Bloque” para identificarlo. En este ejemplo se muestra como

se convirtió el bloque. Todos los bloques que cree para su proyecto aparecerán en la planta

Mis Bloques.

Grafica Nº 25



3.7 Diseño

3.7.1 Pasos y casos para armar el cubo de Rubik

Paso 1: Cruz superior

Grafica Nº26 Fuente: Investigación Bibliográfica


Un cubo de rubik está compuesto por seis caras de diferentes colores amarillo, azul, blanco,

rojo, verde y tomate; primero se elige con qué color se va a iniciar armar, como se muestra en

el grafico se inicia armando el color blanco y como se usa un cubo con colores estándares

terminaremos armando la parte amarilla, no hay un color fijo para iniciar el cubo se puede

comenzar con cualquier color.

43

En este paso se crear una cruz en la cara superior, de forma que los colores también coincidan

en las capas anexas. A continuación se explica cómo colocar cada una de las 4 aristas que

forman dicha cruz en su sitio.

Caso 1: Arista en la capa inferior con el blanco hacia abajo.

Grafica Nº 27 Fuente: Investigación Bibliográfica


En este caso lo primero que se hace es, girar la capa inferior, colocar la arista justo debajo de

la posición donde debería estar. Una vez echo eso se gira 180 grados lateral donde este la

arista para colocar en su posición.

Caso 2: Arista en la capa inferior con el blanco hacia un lado.

Grafica Nº28



Se debe partir con la arista debajo de la posición donde debería estar.

44

Caso 3: Arista en la capa intermedia, se reduce a un caso anterior.

Grafica Nº 29



En este caso simplemente se baja la arista a la capa inferior, sin deshacerlo.

Paso 2: Completar la capa superior

Grafica Nº 30



Ahora se tiene que completar la primera capa, como en la gráfica se muestra. Para ello solo

hay que colocar los 4 vértices que faltan. No solo hay que poner el color blanco arriba, sino

también hay que procurar que coincidan los colores de las caras laterales.

Lo primero que se hace es buscar la capa de abajo, y girar estas hasta que dicho vértice quede

justo debajo de su posición. Una vez hecho esto se dará uno de los 3 casos siguientes.

45

Caso 1: El vértice tiene el color blanco en la cara frontal.

Grafica Nº 31



En este caso movemos con la capa de abajo el vértice a la izquierda, bajamos el hueco a donde

va con la capa derecha, devolvemos el vértice a su sitio moviendo la capa de abajo a la

derecha y por último subimos el vértice con la capa derecha.

Caso 2: El vértice de color blanco en la cara derecha.

Grafica Nº 32



Este caso es simétrico al anterior. Así que se mueve la capa de abajo el vértice a la derecha, se

baja el hueco a donde va con la capa frontal, se devuelve el vértice a su sitio moviendo la capa

de abajo a la izquierda y por último se sube el vértice con la capa frontal.

46

Caso 3: El vértice tiene el color blanco abajo.

Grafica Nº 33



Se gira la cara derecha bajando el hueco a donde debe ir la pieza (se va atrás), se gira la capa

de abajo 180º y se deshace el primer giro de la cara derecha. Ahora, tras poner el vértice bajo

su hueco, se puede aplicar el caso 2 para poner el vértice en su sitio.

Paso 3: Completar la segunda capa

Grafica Nº 34



Se coloca en su sitio 4 aristas. Como la parte de arriba ya está hecha, se gira el cubo dejando la

primera capa debajo. Ahora en la capa superior se busca una arista que pertenezca a la cara

central. Una vez localizada, se gira la cara superior hasta que la arista coincida en su lateral

con el centro de mismo color, es decir, hasta que se de alguno de los 2 casos que se muestra a

continuación.

47

Caso 1: La arista queda a la derecha del hueco donde va.

Grafica Nº 35



Girando la cara de arriba 90º, se aleja la arista del hueco donde va, se gira la cara opuesta a la

arista (frontal) subiendo el hueco donde debería ir la arista. Se deshace el primer movimiento

acercando la arista a su hueco y deshace el segundo movimiento (se baja la frontal por la

derecha). Para terminar se mete este vértice como se explica en el paso 2.

Caso2: La arista queda al lado izquierdo donde va.

Grafica Nº 36



Es simétrico al anterior, girando la cara de arriba 90º, se aleja la arista del hueco donde va,

ahora se gira la cara opuesta a la arista (derecha) subiendo el hueco donde debería ir. Se

deshace el primer movimiento acercando la arista a su hueco y se deshace el segundo

movimiento (se baja la derecha por el frontal). Para terminar se mete este vértice como se

explica en el paso dos.

48

Paso 4: Cruz en la última cara

Grafica Nº 37



Para empezar se forma una cruz (en los ejemplos amarillos) en la última cara, pero sin

preocuparse porque coincida con las caras laterales. A veces con suerte se tendrá la cruz

hecha. Y si no, solo se puede dar alguno de los siguientes 3 casos:

Caso 1: Tenemos dos aristas opuestas bien orientadas.

Grafica Nº 38



Se coge el cubo de forma que las aristas correctas queden en la parte frontal y trasera de la

capa superior. Ahora se gira la capa derecha bajando su parte más cercana a nosotros, se gira

la frontal en sentido anti-horario y la de arriba en sentido anti-horario. Ahora se deshace estos

tres movimientos pero en distinto orden: se gira la capa frontal en sentido horario, la de arriba

en sentido horario y por último la capa derecha.

49

Caso2: Dos aristas “contiguas” están bien orientadas.

Grafica Nº39



Lo primero que se hace es coger el cubo de forma que las aristas bien orientadas queden en la

parte izquierda y trasera de la capa superior. Se aplica 2 veces el movimiento explicado en el

caso 1 se terminará este paso.

Si se prefiere hacer en menos movimientos: se gira la cara derecha 90º bajando la parte más

cercana, se gira la cara de arriba en el sentido anti-horario y después la frontal en el sentido

anti-horario. Se devuelve a girar la de arriba ahora en sentido horario, la frontal en sentido

horario y por último la derecha subiendo la parte más cercana.

Caso 3: Todas las aristas están mal orientadas.

Grafica Nº 40



50

Simplemente se aplica el movimiento del caso 1 y quedará el caso 2. En este caso se gira la

cara superior 180º aplicando el movimiento del caso 2.

Paso 5: Extender la cruz a la última capa

Grafica Nº41



Ahora se tiene que conseguir que la cruz coincida también con las caras anexas. Para ello lo

primero que se hace es girar la capa de arriba hasta que haya por lo menos 2 colores laterales

de dicha cruz en su posición correcta. En algunas ocasiones se puede poner así los 4 colores,

pero en la mayoría de los casos, solo se puede conseguir con dos colores, y entonces se tendrá

que resolver como en alguno de los dos siguientes casos:

Caso 1: Se consigue 2 aristas adyacentes colocadas en su sitio.

Grafica Nº 42



Se coge el cubo de forma que las aristas correctas queden en la parte frontal y derecha de la

capa superior. Ahora se gira la capa derecha bajando su parte más cercana se gira la de arriba

en el sentido anti-horario, girando la de la derecha hacia arriba, se girala de arriba de nuevo en

51

sentido anti-horario, se vuelve a bajar la de la derecha, ahora se da medio giro a la de arriba y

por último subimos la derecha. Ahora con un último giro en la capa superior se tiene la cruz

completada.

Caso 2: Seconsigue 2 aristas opuestas colocadas en su sitio.

Grafica Nº 43



Se coge el cubo de forma que las aristas correctas queden en la parte frontal y trasera de la

capa superior. Ahora nos basta con aplicar los movimientos del caso 1 a falta del último

movimiento (deshaciendo el último movimiento) y si se observa el cubo nos sale el caso 1.

Paso 6: Colocar los últimos vértices (sin orientar)

Grafica Nº 44



En este penúltimo paso, se debe de colocar los 4 últimos vértices en su sitio, pero sin importar

si quedan como girados. Como se mira en la imagen, por ejemplo el vértice naranja-amarillo-

verde está en su sitio pero a falta de un giro. Se lo girará en el siguiente paso. Se puede dar

hasta 4 casos, aunque se puede reducir a los 2 primeros:

52

Caso 1: Un vértice está en su sitio y los otros 3 se deben intercambiar en sentido horario.

Grafica Nº 45



En este caso lo primero que se hace es coger el cubo de forma que el vértice de la capa

superior que está en su sitio, quede en la posición frontal-derecha. Se gira entonces la capa de

la izquierda subiendo la parte más cercana hacia nosotros, se gira la capa superior en sentido

horario, subiendo la derecha y girado la superior en sentido anti-horario. Ahora se repite pero

bajando en vez de subiendo, es decir, se baja la izquierda, capa de arriba en sentido horario,

bajando la derecha y capa de arriba en sentido anti-horario.

Caso 2: Un vértice está en su sitio y los otros 3 se deben intercambiar en sentido anti-horario.

Grafica Nº 46



53

Ahora lo primero que se hace es coger el cubo de forma que el vértice de la capa superior que

está en su sitio, quede en la posición frontal-izquierda. El movimiento a aplicar ahora será

simétrico al del caso anterior, intercambiando derecha con izquierda y capa de arriba en

sentido horario con sentido anti-horario. Es decir, se gira la capa derecha subiendo la parte

frontal, girando arriba en sentido anti-horario, subiendo con la cara izquierda, arriba en sentido

horario, se baja por la derecha, arriba en sentido anti-horario, se baja por la izquierda, arriba en

sentido horario.

Caso 3: Los dos vértices traseros se deben intercambiar entre si y los dos frontales también. Si

no queremos aprendernos más movimientos, basta con aplicar primero alguno de los casos

anteriores, y fijarnos que podremos terminar este paso aplicando el otro caso. También se

puede resolver más rápido con el siguiente movimiento.

Grafica Nº 47



Se gira la capa frontal en sentido horario, repitiendo tres veces la secuencia "arriba horario,

frontal horario, arriba anti-horario, frontal anti-horario" y se gira la frontal en sentido anti-

horario.

Caso 4: Los vértices se deben intercambiar en cruz.

Si no se quiere aprender más movimientos, basta con aplicar primero alguno de los 2 primeros

casos, y fijarnos que podremos terminar este paso aplicando el otro caso. También se puede

resolver más rápido con el siguiente movimiento.

54

Grafica Nº48



Se gira la cara frontal y trasera en el sentido de las agujas del reloj, se da media vuelta a la de

arriba y deshacemos los giros de la frontal y trasera. Se repite estos movimientos pero

empezando ahora por la capa derecha e izquierda en el sentido contrario de las agujas, media

arriba y deshacemos en la derecha e izquierda. Se termina ajustando con media vuelta arriba.

Paso 7: Girar los vértices para ¡terminar el cubo!

Grafica Nº49

Fuente: InvestigaciónBibliográfica


Gira los vértices para tener el cubo resuelto.

55

Forma:

Vamos a girar los vértices uno a uno. Siguiendo los siguientes pasos:

Se coge el cubo de forma que el vértice que se tiene que girar esté en la capa superior con la

derecha y la frontal.

Se aplica uno de los 2 movimientos justo explicados abajo.

Se debe proceder con el siguiente vértice. Para ello giremos la capa superior de forma que

el siguiente vértice que va a girar, pase a ocupar la posición arriba-frontal-derecha, es decir,

que esté justo donde está el que acaba de girar. IMPORTANTE: no girar el cubo entero, girar

solo la capa superior.

Ya se puede girar este vértice usando uno de los movimientos de abajo. Se continúa hasta

girar todos los vértices siguiendo el mismo proceso (girar cara superior y aplicar movimiento).

Por último, se gira la capa superior teniendo resuelto el cubo.

3.7.2. Diseño o diagrama general de configuración del dispositivo autómata que arma el

cubo de rubik

Grafica Nº50



56

El diagrama muestra la configuración del dispositivo autómata, el cual funciona de la siguiente

manera:

Cuando el programa inicia activa los sensores y servomotores para que el robot proceda

armar el cubo.

El sensor inflo arrojo detecta que el cubo este ubicado o no.

El sensor de luz detecta los colores del cubo de rubik.

El brazo robótico procede a mover el dado hacia delante y hacia atrás, y la base donde está

ubicado el dado lo mueve en forma circular para armar correctamente el cubo según como el

sensor de luz identifico los colores.

3.8 Construcción

3.8.1 Procesos de ensamblaje

En la imagen se muestra el esqueleto o soporte donde se van a ubicar o ensamblar los sensores

y servomotores del dispositivo.

Grafica Nº51



Procedemos a ubicar la parte donde se ubica el cubo de rubik. Como se observa en la imagen

de abajo.

Grafica Nº52



57

Se ensambla el cerebro o ladrillo principal donde se programa para que el dispositivo funcione

correctamente.

Grafica Nº53



Procedemos a ubicar el brazo robótico que está ubicado en la parte derecha como se muestra

en la imagen.

Grafica Nº54



58

Luego se ensambla el sensor de luz el cual proporciona al robot la capacidad de identificar los

colores del cubo de rubik.

Grafica Nº55



En la imagen se observa cómo quedanubicadas las partes del dispositivo para que pueda

realizar correctamente la función de armar el cubo de rubik con sus correspondientes sensores

y servomotores.

Grafica Nº56



59

3.9 Pruebas

Después delanálisis de dispositivo autómata y el software con el que se va a manipular, se

realizó pruebas con los debidos sensores.

3.9.1 Primera prueba- sensor de luz

El sensor de luz permite tomar muestra de luz mediante un bloque modificado que en un

extremo trae un conductor electrónico y por el otro lado una cámara oscura que capta los

colores.

Resultados

Terminando de realizar la prueba se obtuvo el resultado esperado y programado mediante el

software. En el siguiente grafico se observa como el sensor de luz detecto los colores de las

cuatro caras del cubo.

Grafica Nº 57



3.9.2 Segunda prueba- sensor de infrarrojo

Es utilizado para que detecte si el cubo está cerca y proceda el sensor de luz a detectar los

colores, con esto el brazo robótico procederá armar el cubo de rubik.

Resultados

Terminada la prueba se realizó los movimientos esperados sin ningún error. En el siguiente

grafico se observa cómose cumplió con éxito la función.

60

Grafica Nº 58



3.9.3 Tercera prueba- sensor de rotación

El sensor de rotación es utilizado para proporcionar el movimiento al brazo hacia adelante y

hacia atrás, movimiento que se estableció en nuestra programación.

Resultados

Terminando de realizar la prueba se obtuvo el resultado esperado en el brazo robótico sin

encontrar ningún error.

Grafica Nº 59

Fuente: InvestigaciónBibliográfica


61

3.10 Implementación

Una vez realizado el dispositivo se procede a programar en Lego Mindstorms EV3, el cual se

encarga de controlar el cerebro y realizar diferentes ejecuciones mediante los sensores y los

servomotores instalados en el Robot.

3.11 Validación de la propuesta

La validación de la propuesta se la realizo mediante la vía de expertos, los cuales son

Ingenieros de Sistemas, profesionales de trayectoria y con conocimientos técnicos en la

investigación realizada, ellos verificaron el correcto funcionamiento del dispositivo autómata

y en la ficha de validación hicieron consideraciones al mismo.

Validador 1.

Nº de cedula: 0401230370

Nombres y Apellidos: Hernán Javier Guancha

Título de mayor jerarquía: Ingeniero en Sistemas

Institución que labora: Uniandes – Tulcán

Cargo actual: Docente de tiempo completo

Años de servicio: 3 años

Experiencia profesional: 7 años

Validador 2.


Nombres y Apellidos: Daniel Paúl Rodríguez Guzmán



Cargo actual: Asistente de telemática


Experiencia profesional: 3 años

62

Validador 3.


Nombres y Apellidos: Cesar Andrés Cabascango



Cargo actual: Asistente de telemática


Experiencia profesional: Mantenimiento preventivo y correctivo de TI

3.11.1 Resultados de la validación de la propuesta

Una vez realizadas las respectivas validaciones mediante expertos de sistemas se obtuvo los

siguientes resultados:

Carácter científico

En el primer indicador de calidad se preguntó, por el carácter científico empleado en el

desarrollo de un dispositivo autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que

contribuya con la investigación tecnológica del área de robótica de la Universidad Uniandes

Tulcán, se obtuvo los siguientes resultados.

Indicador Muy Satisfactorio Satisfactorio Poco

Satisfactorio

No

Satisfactorio Total

Frecuencia 3 - - - 3

Porcentaje 100% - - - 100%

Tabla Nº 10



Análisis:

De acuerdo a la encuesta realiza a los expertos en el área de sistemas concuerdan que el rigor

aplicado al control de calidad de información tiene métodos científicos detallados, existentes y

fiables, permitiendo lograr los objetivos planeados.

63

Estructura metodológica

En el segundo indicador de calidad se preguntó, por la estructura metodológica utilizada en el

desarrollo de un dispositivo autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que




Satisfactorio

No

Satisfactorio Total

Frecuencia 2 1 - - 3

Porcentaje 67% 33% - - 100%

Tabla Nº 11



Análisis:

Con los resultados obtenidos de la encuesta, se determina que el presente trabajo de

investigación, contiene procesos sistemáticos y variables establecidos, en donde se empleó la

encuesta como principal instrumento para el desarrollo de la investigación, permitiendo lograr

los objetivos planteados.

Organización de la telemática

En el tercer indicador de calidad se preguntó por la organización de la telemática utilizada en

el desarrollo de un dispositivo autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que




Satisfactorio

No

Satisfactorio Total


Porcentaje 100% - - - 100%

Tabla Nº 12



64

Análisis:

En la encuesta realizada se visualiza como el presente trabajo de gradodetermina la

organización de la temática del conocimiento, utilizado un gran esquema que relaciona los

objetivos con el fin de organización lógica.

Viabilidad para la aplicación práctica

Se preguntó por la viabilidad para la aplicación práctica del desarrollo de un dispositivo

autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que contribuya con la investigación

tecnológica del área de robótica de la Universidad Uniandes Tulcán, se obtuvo los siguientes

resultados.


Satisfactorio

No

Satisfactorio Total


Porcentaje 100% - - - 100%

Tabla Nº 13



Análisis:

En relación a la encuesta se determina que la implementación de un dispositivo autómata es

primordial, ayuda a los estudiantes a tener nuevos conocimientos tecnológicos y mejora la

calidad vital de la institución mediante la implementación de un laboratorio robótico y

electrónico.

Actualidad

Se preguntó por la actualidad del desarrollo de un dispositivo autómata programado para la

solución del Cubo de Rubik que contribuya con la investigación tecnológica del área de

robótica de la Universidad Uniandes Tulcán, se obtuvo los siguientes resultados.


Satisfactorio

No

Satisfactorio Total


Porcentaje 100% - - - 100%

Tabla Nº 14



65

Análisis:

Los expertos en el área de sistemas con conocimientos en robótica, concuerdan que la

elaboración de un dispositivo autómata es de vital importancia para la universidad, ya que

permitirá obtener una herramienta de calidad, incentivando a los estudiantes a desarrollar

nuevos robots.

3.12 Conclusiones parciales del Capítulo III

La complejidad de armar un cubo de Rubik hace que pocas personas lo hayan podido

completar, a diferencia del dispositivo autómata que lo ha terminado con éxito en tan solo

minutos.

Con la implementación de un dispositivo autómata que arma el cubo de Rubikse ve la

necesidad de implementar un laboratorio de robótica y electrónica en la Universidad, cuya

finalidad será incentivar a los estudiantes a crear sus propios robots.

En lo referente al robot las piezas son muy frágiles por ello hay que manipularlas con

mucha precaución.

Entorno a los resultados obtenidos se menciona la importancia de la elaboración del

dispositivo autómata, ya que permitirá tener una herramienta de calidad que servirá para

plasmas los conocimientos textuales de una manera práctica.

En la validación de la propuesta se obtuvo una escala valorativa de muy satisfactorio, y

entorno a su indicador de calidad se evidencia que la propuesta es innovadora ya que impulsa

el estudio y la creación de nuevos proyectos que fortalecerán el desarrollo tecnológico en la

sociedad.

66

CONCLUSIONES GENERALES

La robótica ayuda a desarrollar, implementar y mejorar nuevas tecnologías, ya que ofrece

a los estudiantes fortalecer sus conocimientos tecnológicos a través de la creación de

dispositivos autómatas programados.

En las encuestas se destaca la importancia del dispositivo autómata en la asignatura de

robótica, lo cual servirá de motivación a los estudiantes de la carrera de sistemas para que

diseñen más robots y obtengan un aprendizaje práctico y doctrinal.

En el desarrollo de la propuesta se realizó el ensamblaje de un dispositivo autómata que

arma el cubo de rubik y servirá como materia de investigación de la carrera de sistemas.

RECOMENDACIONES GENERALES

Se recomienda al director de la carrera de sistemas incentivar a la universidad para que se

firmen convenios interinstitucionales con otras universidades del Ecuador especializadas en la

materia, con el objeto de dictar talleres y capacitaciones en robótica y avances tecnológicos a

docentes y estudiantes de la carrera de sistemas.

Se ve necesario que la universidad cree un laboratorio de robótica con todos los equipos

necesarios, que sirva de espacio para exponer los robos creados, y para que los estudiantes

utilizando su ingenio y creatividad puedan construir los suyos propios.

Debido a los altos costos de los robots se recomienda a los responsables del área de

telemática y estudiantes tener un gran cuidado en la utilización de estos implementos porque

estos dispositivos son sensibles.

Se recomienda a los estudiantes que deseen hacer un proyecto similar, buscar

herramientas computacionales en el exterior donde el desarrollo robótico es avanzado, ya que

esto facilitaría el proceso de construcción del mismo en cuanto a diseño, programación y

desarrollo.

67

BIBLIOGRAFÍA

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de control”,Editorial UPC, 1era edición, Barcelona.

Serna Antonio,RosFrancisco,Rico Juan,(2010),“Guía Práctica de

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Investigación,Mendieta, Primera Edición, Ecuador.

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http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/EstelaDiazLopez.pdf

http://jjazdanethe16.blogspot.es/125895%200780/evoluci-n-de-la-rob-tica/

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http://es.wikipedia.org/wiki/John_McCarthy

http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/robotica/historia

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http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm



68

Mindcub3r, 2013,

http://www.thenxtstep.com/2013_12_01_archive.html

NorbertWiener,Sistemadecontrol,(1948),http://es.wikipedia.org

/wiki/Sistemadcontol

P.Concepcion,Analisisydiseñodesistemas,2010,http://www.monogr

afias.com/trabajos/anaydisesis/anaydisesis.shtml

Romer , Desarrollos tecnológicos,

1992,http://www.banrepcultural.org/blaavirtual

/economia/industrilatina/088.htm

Runaround, tres leyes de la robótica, (1942),

http://es.wikipedia.org/wiki/ Tresleyesdelarob%C3%B3tica

Sandria Julio,sensor

ultrasónico,(2007),http://www.julio.sandria.org/archivos/

articulos/robotica/legonxt/introduccion/Sensor_Ultrasonico.html

Thais Lodoño, Desarrollos de procesos informáticos,

2010,http://www.monografias .com/trabajos90/metodologia-

desarrollo-sistema-informacion/metodologia-desarrollo-sistema-

informacion.shtml

UNSAAC, Robótica, (2006),

http://robotica.wordpress.com/about/

Wikipedia, Lego Mindstorms, 1993, http://es.wikipedia.org/wiki/Lego_Mindstorms

Wikipedia, Pasos para armar el cubo de

rubik,1993,http://www.rubikaz.com.php

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en, http://es.wikipedia.org.wiki/Isaac_Asimov

http://www.thenxtstep.com/2013_12_01_archive.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Norbert_Wiener

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema

http://www.monografias.com/trabajos/anaydisesis/anaydisesis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/anaydisesis/anaydisesis.shtml

http://www.banrepcultural.org/blaavirtual%20/economia/industrilatina/088.htm

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http://es.wikipedia.org/wiki/%20Tresleyesdelarob%C3%B3tica

http://www.julio.sandria.org/archivos/%20articulos/robotica/legonxt/introduccion/Sensor_Ultrasonico.html

http://www.julio.sandria.org/archivos/%20articulos/robotica/legonxt/introduccion/Sensor_Ultrasonico.html

http://robotica.wordpress.com/about/

http://es.wikipedia.org/wiki/Lego_Mindstorms

http://www.rubikaz.com.php/

70

Anexo

s

TABLA DE CONTENIDOS

ANEXO Nº 01: Carta de Aprobación de Tesis

71

ANEXO Nº 02: Perfil de Tesis

ANEXO Nº 03: Formulario de Encuesta

ANEXO Nº 04: Solicitud de Validación

ANEXO Nº 05: Ficha de Validación

ANEXO Nº 06: Manual de Usuario

ANEXO Nº 07: Manual Técnico

ANEXO Nº 08: Fotografías

ANEXO Nº 09: Artículo Científico

ANEXO Nº 01:Carta de Aprobación de Tesis

72

ANEXO Nº 02: Perfil de Tesis

73


Facultad De Sistemas Mercantiles

Carrera de Sistemas

PERFIL DE TESIS

Dispositivo autómata programado para la solución del cubo de rubik que contribuya

con la investigación tecnológica del área de robótica de Uniandes Tulcán.

Autora: Jeniffer Daniela Acosta Paucar

Asesor: Ing. Darwin Becerra.

Tulcán - Ecuador

2014

INTRODUCCIÓN

Antecedentes de la investigación

Desde el año de la inversión del cubo de Rubik millones de personas han comprado este

74

rompecabezas tridimensional, con la intención de resolverlo, de las cuales la mayoría han

tenido dificultades en realizarlo, hasta algunas se han dado por vencido. Hoy en base a las

experiencias de las personas que lograron solucionar el cubo de Rubik se han podido

desarrollar diferentes formas que facilitan su resolución.

Cabe indicar que se revisaron tesis de grados y proyectos informáticos en la biblioteca de la

Universidad UNIANDES Tulcán, observando que hay temas similares al título de la presente

tesis, una de ellas la del Ingeniero Carlos Alfredo Palate Labre con el tema de “Robot

Inteligente que simule movimientos humanos”; cuyo objetivo fue desarrollar un robot que

simula movimientos humanos mediante sensores y motores, el cual facilito a los estudiantes

de la Universidad el conocimiento de este tipo de tecnologías usadas en la creación de robots

que nunca antes había sido desarrollado. Adicional a esto recalco que el presente tema es

nuevo en la Institución y no ha sido presentado anteriormente.

Planteamiento del problema

En la Universidad Regional Autónoma de los Andes “Uniandes” el principal problema

es que no existe un estudio en el área de robótica de manera práctica, por lo cual los

estudiantes no hacen uso de dispositivos autómatas únicamente se remiten a la

Doctrina.

En la actualidad existe una amplia gama de rompecabezas que requieren algún tipo

de estrategia para poder resolver, uno de los más conocidos es el cubo de rubik, este

rompecabezas presenta un interesante y complejo problema matemático que

simplemente no puede ser resuelto por la fuerza bruta, sino que requiere ingenio y

aplicación de un algoritmo para encontrar una solución. Es fácil identificar como el

ser humano emplea una de sus principales capacidades sensoriales como es el

sentido de la vista, para identificar los colores de las piezas del cubo y con el

complejo movimiento de las manos gira las caras del mismo para resolverlo.

Sin embargo la complejidad que hay en armar el cubo ha llevado a que técnicos en

sistemas y robótica creen dispositivos autómatas que brindan una mejor utilidad y

contribuyen al avance de la tecnología.

75

Formulación del problema.

¿Cómo contribuir al desarrollo investigativo y tecnológico en el área de robótica de la

carrera de sistemas de UNIANDES - Tulcán?

Delimitación del problema

Lugar: Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes-

Tulcán

Tiempo: Tiempo estimado para la tesis de grado es de 5 meces

desde abril hasta agosto del 2014.

Objetivo de investigación y de campo de acción

Objetivo de investigación: Procesos Informáticos

Campos de Acción: Robótica

Identificación de la línea de investigación

Automatización y control

Objetivos

Objetivo general

Desarrollar un dispositivo autómata programado para la solución del cubo de rubik

que contribuya con el desarrollo investigativo y tecnológico en el área de robótica de

la carrera de sistemas de Uniandes Tulcán.

Objetivos Específicos

Fundamenta teóricamente sobre el cubo de rubik, robótica, inteligencia artificial y

desarrollo investigativo tecnológico.

Diagnosticar el estado actual del dispositivo autómata programado que solucione el cubo de

rubik en el área de robótica de la carrera de sistemas de la universidad Uniandes Tulcán.

Determinar los elementos constitutivos del dispositivo autómata programado con el fin de

solucionar el cubo de rubik.

Validar la propuesta por la vía de expertos.

Idea a defender

Con el desarrollo del dispositivo autómata programado se aplica los conocimientos de

programación, robótica e inteligencia artificial que va a contribuir con la investigación en el

76

área de robótica en la universidad Uniandes Tulcán.

Justificación del Tema

Ante la carencia de estudios sobre robótica en la universidad Uniandes, se pensó en el

desarrollo de un dispositivo autómata programado que contribuya en el desarrollo de

aplicaciones tecnológicas e industriales en el ámbito local.

La propuesta de esta investigación está dirigida a la carrera de sistemas, ya que ayuda a la

institución y a los estudiantes en su desarrollo que permitirá el aporte de conocimientos en

robótica y el uso de nuevas tecnologías para que sirva de ayuda en casas abiertas dentro y

fuera de la institución.

Variables

Variable Independiente: Dispositivo autómata programado.

Variable Dependiente: Solución del cubo de rubik para el desarrollo de la investigación

tecnológica.

Metodología

Métodos

Breve explicación de la metodología investigativa

La presente tesis de grado se llevara a cabo bajo los paradigmas cuantitativo y cualitativo,

teniendo en cuenta algunos tipos de investigación tales como; descriptiva, bibliográfica, de

campo y aplicada. Además se empleara diferentes métodos de investigación de carácter

empírico y teórico del conocimiento.

Métodos empíricos: Entre los metidos empíricos de investigación a utilizar tenemos:

Observación científica

Este método se lo utiliza para detectar con precisión el problema de investigación y realizar la

propuesta de solución al mismo.

Validación por expertos

La validez se la realiza mediante expertos en el área de sistemas.

77

Métodos teóricos: Entre los principales métodos teóricos a emplearse tenemos:

Método analítico – sintético

Este método permite el análisis y la síntesis de los elementos teóricos relacionados con la

temática de la tesis de grado.

Método inductivo – deductivo


presente tesis, su aplicación se basa en la elaboración del marco teórico, el mismo que se lo

hace de manera deductiva y el desarrollo de la propuesta de manera inductiva.

Método sistémico



Técnicas e instrumentos de investigación

Las técnicas para recopilación de datos a utilizarse son la encuesta y la entrevista. Para la

encuesta se utiliza el cuestionario o test y para la entrevista se emplea la guía de entrevista.

Metodología para el desarrollo del dispositivo autómata programado

Análisis y diseño

El objetivo de esta fase es desarrollar el diseño arquitectónico de los sistemas, utilizando los

requerimientos obtenidos. En el diseño arquitectónico se engloba dos componentes: los datos;

y, los procesos, los cuales serán analizados y diseñados desde una perspectiva conceptual a

una física.

Construcción

Desarrolla y organiza la infraestructura que permite cumplir las tareas de construcción de la

forma más productiva posible.

Pruebas

Da inicio a las diferentes unidades de diseño que han sido desarrolladas y probadas por

separado.

Resumen de la estructura de la tesis: breve explicación de los capítulos de la tesis.

Capítulo I. Marco Teórico:

78

En este capítulo se analizan todas las teorías utilizadas para la elaboración de la

presente tesis de grado.

Capítulo II. Marco metodológico:

Se refiere a la metodología de investigación utilizada en la ejecución de la presente

tesis.

Capítulo III. Desarrollo de la propuesta.

En este capítulo se detalla cómo está elaborado el dispositivo autómata, así como

las respectivas pruebas del mismo.

Aporte teórico, significación práctica y novedad científica

El aporte teórico de la tesis de grado, son los conceptos y los elementos constitutivos del

dispositivo autómata que solucione el cubo de rubik en la Universidad UNIANDES Tulcán.

La significación práctica aplicada en la presente tesis contribuye al desarrollo de la

investigación científica en el área de robótica que cumple un propósito en la facultad, el cual

es incentivar a los estudiantes en realizar sus propios robots para que sirva de ayuda en la

institución como un medio de investigación de nuevas tecnologías.

Novedad científica la propuesta radica en que la institución educativa, a través de

dispositivos autómatas mejore la carrera de sistemas, brindando a sus docentes y

estudiantes mayor apoyo práctico para la resolución de problemas mediante la

aplicación de la robótica.

ANEXO Nº 03: Formulario de Encuesta

UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÒNOMA DE LOS ANDES “UNIANDES”

79

FACULTAD DE SISTEMAS MERCANTILES

ESCUELA DE SISTEMAS INFORMÁTICOS

OBJETIVO.- Diagnosticar la situación actual del proceso de investigación y

determinar el grado de aceptación para la solución del cubo de rubik para recopilar

información necesaria para analizar y justificar el presente tema de Tesis.

Encuesta dirigida a estudiantes de la Facultad de Sistemas de la Universidad

Regional Autónoma de los Andes, Tulcán.

Encuestadora: Jeniffer Daniela Acosta Paucar

1.- ¿Considera que la creación de un laboratorio de robótica en la Universidad seria?

o Oportuno

o Poco Oportuno

o Nada Oportuno

2.- ¿Le gustaría diseñar y programas su propio robot?

o SI

o NO

3.- ¿Considera que la robótica, contribuye con el desarrollo tecnológico y académico

en los estudiantes de Uniandes en la carrera de sistemas?

o Mucho

o Poco

o Nada

4.- ¿Usted como estudiante de la carrera de sistemas conoce los proyectos o tesis

de robótica que se han desarrollado en la Universidad?

o SI

o NO

80

5.- ¿Tiene conocimientos sobre los proyectos de robótica como su funcionalidad o la

programación que se ha utilizado?

o SI

o NO

6.- ¿Cómo estudiante de la carrera de sistemas le gustaría que se aplique

conocimientos de robótica e inteligencia artificial e la creación de sistemas robóticos?

o SI

o NO

7.- ¿La implementación de un dispositivo que solucione el cubo de rubik permitirá

utilizar estrategias integradoras para la enseñanza-aprendizaje de esta ciencia?

o Muy De acuerdo

o De Acuerdo

o Desacuerdo

ANEXO Nº 04: Solicitud de Validación


“UNIANDES”

FACULDAD DE SISTEMAS MERCANTILES.

CARRERA DE SISTEMAS INFORMÁTICOS.

81

Ingeniero.

Hernán Javier Guancha.

Docente.

Presente.

De mis consideraciones:

Reciba un cordial y atento saludo. El motivo del presente, es para solicitarle de la

manera más comedida su valiosa opinión sobre Dispositivo autómata programado

para la solución del Cubo de Rubik que contribuya con la investigación tecnológica

del área de Robótica de Uniandes Tulcán.

Por su gentil colaboración con la presente, anticipo mis sinceros agradecimientos por

su gentil ayuda.

--------------------

Atentamente

Jeniffer Daniela Acosta Paucar

C.I Nº: 0401359054


“UNIANDES”



Ingeniero.

Cesar Andrés Cabascango.

82

Docente.

Presente.







su gentil ayuda.

--------------------

Atentamente


C.I Nº: 0401359054


“UNIANDES”



Ingeniero.

Daniel Paúl Rodríguez

Docente.

Presente.

83







su gentil ayuda.

--------------------

Atentamente


C.I Nº: 0401359054

ANEXO Nº 05: Ficha de Validación


“UNIANDES”



Ficha de validación deldispositivo autómata programado para la solución del Cubo de

Rubik que contribuya con la investigación tecnológica del área de robótica de

universidad Uniandes Tulcán

84

Datos Informativos:

Nº de cédula:…………………………………………………………………..

Nombres y Apellidos:………………………………………………………….

Título de mayor jerarquía:…………………………………………………….

Institución que labora:…………………………………………………………

Cargo Actual:…………………………………………………………………..

Años de servicio:……………………………………………………………....

Experiencia profesional:……………………………………………………....

Objetivo:

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

Orientaciones:

Marque con una X en la tabla en el casillero que usted estime conveniente, tomando

en cuenta la siguiente escala valorativa:

4: Muy Satisfactorio.

3: Satisfactorio.

2: Poco Satisfactorio.

1: No Satisfactorio.

Tabla para Registrar los Valores de la Validación de la Propuesta.

Nº Indicador de Calidad 4 3 2 1

1 Carácter Científica

85

2 Estructura Metodológica.

3 Organización de la Temática.

4 Viabilidad para la aplicación Práctica.

5 Actualidad.

Por favor indique otro aspecto que usted considere interesante de la propuesta:

……………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

____________________

Firma del Validador

Cédula Nº:…………....

ANEXO Nº 06: Manual de Usuario

MANUAL DE USUARIO

En la presente tesis de grado se ha utilizado el lenguaje de programación EV3-G.,

con características gráficas, mediante este lenguaje se ha utilizado los siguientes

sensores:

86

Sensor Ultrasónico

El sensor ultrasónico pude medir la distancia de un objeto que se encuentre frente a

él, lo hace enviando ondas sonoras y mide cuánto tarda el sonido en reflejarse y

volver al sensor. Puede medir la distancia de un objeto en centímetros o en

pulgadas. Se utiliza para detectar si el cubo está ubicado o no en el dispositivo.

También se puede utilizar el sensor para detectar si hay otro sensor ultrasónico

funcionando cerca. Por ejemplo, puede utilizarse para detectar la presencia de otro

robot que ha utilizado un sensor ultrasónico. En este modo “solo escuchar·, el sensor

recibe señales de sonido pero no las envía.

Datos del sensor ultrasónico

El sensor ultrasónico puede proporcionar los siguientes datos:


87

Distancias en

centímetros Numérico Entre 0 y 225 Distancia al objetivo en centímetros

Distancia en pulgadas Numérico Entre 0 y 100 Distancia al objeto en pulgadas

Ultrasónico detectado Lógico

Verdadero/Fals

o

Verdadero si se detecta otro sensor

ultrasónico.

Sensor de color

El Sensor de color puede detectar el color o la intensidad de la luz que entra por la

pequeña ventana en el frente del sensor. El Sensor de color puede usarse en tres

modos diferentes: Modo Color, Modo Intensidad reflejada y Modo Intensidad

ambiental.

Modo de Color

Modo Intensidad reflejada

Modo Intensidad ambiental

Modo de Color

http://localhost:58401/localizedMapping_B90BDB05-F70E-4B0B-8CEA-031DCF197215/es/editor/page.html?Path=editor%2FUsingSensors_Color.html#ColorMode

http://localhost:58401/localizedMapping_B90BDB05-F70E-4B0B-8CEA-031DCF197215/es/editor/page.html?Path=editor%2FUsingSensors_Color.html#ReflectedLightIntensityMode

http://localhost:58401/localizedMapping_B90BDB05-F70E-4B0B-8CEA-031DCF197215/es/editor/page.html?Path=editor%2FUsingSensors_Color.html#AmbientLightIntensityMode

http://localhost:58401/localizedMapping_B90BDB05-F70E-4B0B-8CEA-031DCF197215/es/editor/page.html?Path=editor%2FUsingSensors_Color.html#AmbientLightIntensityMode

88

El sensor de color puede detectar el color de un objeto cercano o el color de una

superficie cerca del sensor. Puede usar el modo color para detectar, por ejemplo,

detectar los colores del Cubo de Rubik.

El sensor puede detectar siete colores diferentes: negro, azul, verde, amarillo, rojo,

blanco y tomate. Algunos de estos colores se pueden mesclar por ejemplo el color

tomate con el color rojo, el amarillo con el blanco y el verde con azul.

Datos del sensor de color

El Sensor de color puede arrojar los siguientes datos:


Color Numérico Entre 0 y 7

Utilizado en el modo Color.

0 = Sin color , 1 = Negro, 2 = Azul, 3 = Verde,

4 = Amarillo, 5 = Rojo, 6 = Blanco, 7 = Tomate

Luz Numérico Entre 0 y 100

Utilizado en los modos Intensidad de la luz reflejada e Intensidad de la luz ambiental. Mide la intensidad de la luz como porcentaje, 0 = oscuro, 100 = brillante.

Sensor de Rotación del Motor

89

El prototipo que se ha programado con EV3-G es armar un cubo de Rubik que

presenta la siguiente función:

Moverse el dado para que el sensor de color identifique

los colores

Esta función motriz se realiza con el objetivo de que el robot atrape el dado, para que

mueva y que el sensor de color identifique los colores del dado y así sucesivamente

hasta que todos los colores estén identificados para que pueda armar el dado y así

realizar las siguientes acciones:

Control del brazo para coger o soltar el cubo de Rubik.

Movimiento del brazo hacia delante y hacia atrás.

De esta forma el dispositivo robótico puede armar el Cubo de Rubik y seguir una

línea continua mediante el lenguaje de programación EV3-G.

90

Diagramas de programación EV3-G

El ladrillo o cerebro controlador del robot oruga presenta los siguientes puertos:

Puertos A, B, C, D que son puertos de salida; es decir, en

estos puertos se conectan los servomotores.

Puertos 1, 2, 3, 4 que son puertos de entrada; es decir,

aquí se conectan los sensores de color y ultrasónico.

En la configuración del robot que arma el Cubo de Rubik se configura los puertos A,

B para los servomotores grandes, el puerto D para el servomotor pequeño, el puerto

1 para el sensor ultrasónico y el puerto 2 para el sensor de color.

Diagrama General de Configuración del dispositivo autómata programado para la

solución del Cubo de Rubik

91

ANEXO Nº 07: Manual Técnico

Manual Técnico

En la presente tesis se ha utilizado una programación en ladrillo o cerebro EV3 de

Mindstorms, el cual controla 3 servomotores, 1 sensor ultrasónico y 1 sensor de

color, es un dispositivo de alto rendimiento que sirve para crear diversos proyectos

de manera didáctica.

A continuación se presenta los esquemas electrónicos del cerebro EV3

conjuntamente con los diagramas de los sensores.

93

Sensor de Luz

94

ANEXO Nº 08: Fotografías

Primero encendimos el Lego EV3 para que funcione correctamente como se muestra

en la imagen.

Insertamos el cubo como lo manda en la pantalla LCD.

95

En esta imagen muestra como el sensor de luz identifica los colores de las cuatro

caras del cubo de rubik, para luego proceder armarlo.

En esta imagen se muestra como el brazo robótico mueva el cubo de rubik para

proceder ármalo, ese movimiento lo realiza varias veces para que el cubo este

armado correctamente.

96

Como se observa en la imagen el cubo de rubik está armado correctamente.

En la pantalla LCD se muestra los movimientos y el tiempo que se demoró el

dispositivo para armar el cubo de rubik, como se observa en la imagen.

97

ANEXO Nº 09:Artículo Científico

98


“UNIANDES”

ROBÓTICA

Tema

Dispositivo autómata programado para la solución del Cubo de Rubik que contribuya

con la investigación tecnológica del área de Robótica de Uniandes Tulcán

Autora:Acosta Paucar Jeniffer Daniela

Tulcán - Ecuador

2014

Resumen del proyecto

El presente trabajo contiene información sobre el desarrollo y programación de un dispositivo

autómata, el cual contribuirá con el proceso de aplicaciones tecnológicas en la carrera de

sistemas en Uniandes Tulcán, las bases para esta investigación son la automatización, control

99

y robótica, la cual apoyara a que estudiante y docentes a través de la creatividad y el intelecto

construyan nuevos y mejores dispositivos tecnológicos. El presente trabajo está dividido en

tres capítulos:

El primer capítulo contempla el marco teórico el cual contiene conceptos básicos de robótica

y análisis de las distintas posiciones teóricas.

En el segundo capítulo se desarrolla el marco metodológico utilizando la investigación

bibliográfica de campo y aplicada, como los métodos empíricos y los métodos teóricos tales

como observación científica, validación por expertos, analítico – sintético, inductivo –

deductivo; y, sistémico, entre las técnicas de investigación se aplica las encuestas a

estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Autónoma de los Andes sede Tulcán,

además se analizaron e interpretaron los datos obtenidos aquellos que están plasmados en las

conclusiones y recomendaciones.

En el tercer capítulo se desarrolla la propuesta a través de un análisis de

requerimientos lo cual contribuyo al desarrollo del proyecto, este finaliza con la

validación por expertos, conclusiones y recomendaciones generales, bibliografía y

anexos.

Palabras claves: Robótica, dispositivo autómata programado.

Resumen del proyecto - INGLES

100

Introducción

Durante el siglo XX, y gracias al considerable avance tecnológico aparecen

progresivamente diversos tipos de sistemas artificiales de apariencia antropomórfica,

conocidos con el nombre de robots. Si bien hasta la fecha los robots han permitido

101

una automatización elevada de tareas simples y repetitivas en procesos industriales

y otras áreas, la construcción de robots que muestren un determinado grado de

inteligencia humana es todavía un problema abierto.

Un robot considerado inteligente deberá ser una máquina autónoma capaz de extraer

selectivamente información de su entorno y utilizar el conocimiento sobre el mundo

que le rodea para moverse de forma segura, útil e intencionada.

En la actualidad existe una amplia gama de rompecabezas que requieren algún tipo

de estratega para poder resolverlo, uno de los más conocidos es el cubo de Rubik.

Este rompecabezas presenta un interesante y complejo problema matemático que

simplemente no puede ser resuelto por la fuerza bruta, sino que requieren ingenio y

aplicación de un algoritmo para encontrar una solución.

El ser humano emplea una de sus principales capacidades sensoriales como es el

sentido de la vista, para identificar los colores de las piezas del cubo, y con el

complejo movimientos de las manos gira las caras del cubo para resolverlo.

El propósito del proyecto es lograr una aplicación en el desarrollo de procesos

industriales, capaz de mover y ejecutar de forma automática acciones diversas,

siguiendo un programa establecido, aportando conocimientos de robótica, electrónica

e inteligencia artificial.

En así que al no haber un proyecto con tales características surge la necesidad de

darle una solución al cubo de rubik mediante un dispositivo autómata que contribuya

con el desarrollo de la investigación científica y tecnológica.

Métodos y tipos de investigación utilizados

En el presente proyecto se utilizó la modalidad cuantitativa y cualitativa, la

investigación bibliográfica, de campo y aplicada, los métodos empíricos y teóricos, la

102

observación científica, la validación por expertos, los métodos analítico – sintético,

inductivo – deductivo; y, sistémico, entre las técnicas de investigación se aplicó las

encuestas a estudiantes de la carrera de sistemas de Uniandes Tulcán.

Esta investigación permitió resolver el problema planteado a través de la creación de

un robot autómata que arma un cubo de rubik y ha sido desarrollado con el fin de

que los estudiantes se incentiven en desarrollar nuevos proyectos que les permita

fortalecer sus conocimientos a través de la práctica.

Estudio

La necesidad de elaborar un robot autómata que solucione el cubo de rubik en la

carrera de Sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes

fue debido a que ninguna institución de nivel superior de la ciudad de Tulcán ha

desarrollado este tipo de máquinas, viendo así la necesidad de elaborarla.

Como antecedentes cabe resaltar que en nuestra institución fueron elaborados

diferentes proyectos de robótica similares, sin embargo el presente proyecto es

novedoso y no ha sido desarrollado antes.

Una de las causas para elaborar este robot autómata es el aporte de nuevos

conocimientos teóricos y prácticos tanto para estudiantes como para docentes de la

institución educativa.

Evolución

La robótica ha evolucionado hacia los sistemas móviles autónomos,aquellos que son

capaces de desenvolverse por sí mismo en entornos desconocidos y parcialmente

cambiantes sin necesidad de supervisión.

La robótica tiene sus orígenes hace miles de años, desde el principio de los tiempos

el ser humano ha deseado crear vida artificial, seres que realicen sus respectivas

tareas fáciles o difíciles.

Los primeros robots construidos, en la tierra, eran modelos poco avanzados, en una

época donde la robo-psicología no estaba muy bien desarrollada, estos robots

103

podían ser enfrentados a situaciones en las cuales se vieran en un conflicto con sus

leyes, una de las situaciones más sencillas se da cuando un robot debe dañar a un

ser humano para evitar que dos o más sufran daño.

Estructura de un robot

La estructura de un robot es el conjunto de elementos mecánicos que le dan forma y

soporte a un robot entre los que se destacan:

El sistema sensorial, compuesto por los sensores que recogen

información acerca del estado del propio robot y de su entorno.

El sistema de accionamiento, compuesto por los elementos actuadores motores, por

ejemplo que permiten llevar a cabo las acciones programadas.

La unidad de control, formada por los elementos computacionales y el software que regulan

el comportamiento global del robot.

Los robots tienen diferente tipos de estructura y funcionamiento dependiendo para que sean

diseñados.

Funcionamiento de un robot

La automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción,

realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos

tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

Parte de mando

Parte operativa

Parte de mando

La parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada). Es

un sistema de fabricación automatizado programable está en el centro del sistema.

Parte operativa

104

Es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen

que la maquina se mueva y realice las operaciones deseadas. Los elementos que

forman la parte operativa son los accionadores de la maquinas como motores,

cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos.

Sensores

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,

llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Un

sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto

con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un

dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que

mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Un sensor también puede decirse

que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como

son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

Diseño global

En el diseño se define el proceso de aplicar ciertas técnicas y principios con el propósito de

definir un dispositivo, un proceso o sistema, con suficientes detalles como para emitir su

interpretación y realización física.

Se encuentra 4 actividades:

Analizar y diseñar procesos: En las operaciones del negocio y los requerimientos de

funcionamiento, se toma en cuenta el propósito de determinar la forma en que debe funcionar

el sistema.

Analizar y diseñar los datos: Con los requerimientos de información se debe organizar los

distintos modelos de datos que nos ayudan a diseñar la base de datos que hagan falta para que

el sistema funcione de acuerdo al modelo de funcionamiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Transductor

105

Diseñar y organizar los componentes físicos: Todo componente físico como plantilla, base

de datos hacen posible el funcionamiento del sistema de acuerdo al modelo de

funcionamiento.

Planificar el desarrollo de los componente físicos: Actividad en la cual planificamos la

forma en que pueden ser construidos e implementados los componentes físicos de una forma

rápida y productiva.

Construcción del prototipo

Dentro de esta fase de construcción existen diferentes actividades:

Dentro de infraestructura: Se desarrolla y organizara la infraestructura que permite

cumplir las tareas de construcción en la forma más productiva posible.

Adaptación de paquetes: Cada componente del paquete será revisado en forma exhaustiva

por el equipo analista- usuario, con el fin de conocer y comprender todos los aspectos del

paquete.

Desarrollo de unidades de diseño interactivas: Las unidades de diseño interactivas, son

procedimientos que se cumplen o se ejecutan a través de un dialogo usuario/ sistema.

Desarrollo de unidades de diseño manuales: Incluyen las tareas que se ejecutan en forma

manual que se incluyen dentro de los procedimientos administrativos. Las actividades tienen

como objetivo central del desarrollo todos los procedimientos administrativos que rodean y

gobernarán la utilización de los componentes computarizados desarrollados en la fase de

diseño detallado y construcción.

Refinamiento del prototipo

En esta fase, las diferentes unidades de diseño han sido desarrolladas y probadas por separado.

Durante su desarrollo, el sistema se emplea de forma experimental para asegurar que el

software no falle y funcione de acuerdo a sus especificaciones de la manera que los usuarios

esperan que lo haga, de esta forma es posible poder detectar cualquier anomalía, antes de que

el sistema sea puesto en marcha. Para evaluar el desenvolvimiento del sistema, en esta fase se

llevan a cabo varios niveles de prueba.

Funcionalidad: Prueba desde el punto de vista de los requerimientos funcionales.

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De sistema: Prueba desde el punto de vista de los niveles de calidad del sistema y de

desempeño.

De integración: Prueba de interfaces

De aceptación técnica: Prueba de manejo de condiciones eternas.

Si el sistema cumple de forma satisfactoria con estos niveles mencionados anteriormente, se

procede a realizar la carga de los archivos, base de datos y tablas del nuevo sistema, para de

esta forma dar inicio al proceso de aceptación final, durante el cual, el sistema comenzara a

funcionar bajo la responsabilidad del usuario.

Sistema terminado y resultados

Luego de haber finalizado toda la fase de construcción e implementación del

dispositivo autómata y de realizar las pruebas necesarias al software el sistema

termina y el robot es capaz de armar el cubo de rubik de una forma sencilla y ágil,

este dispositivo demora en ejecutarse tan solo unos minutos.

Primero seprende el dispositivo y luego el sensor infrarrojo verifica la ubicación del

cubo, posterior a ello el sensor de luz idéntica los colores del dado, para una mejor

ejecución es preferiblemente realizar las pruebas en un espacio donde haya poca

luz, terminada esta fase el brazo robótico comienza hacer los movimientos para

proceder armar hasta que finalmente la pantalla del Lego EV3 indicará los

movimiento realizados y tiempo utilizado.

Discusión

La tecnología ha jugado un papel trascendental en las sociedades de todas las épocas, ha

surgido de la motivación del hombre a superarse y encontrar formas para mejorar su calidad

de vida. Así mismo, la tecnología ha enriquecido la educación y el talento de las personas, ha

despertado su interés de investigación y su inquietud de innovación.

El mundo se está transformando rápidamente, y con él todas las actividades

humanas. La rapidez con que se producen algunos de estos cambios que se dan a

todo nivel, tanto en la esfera científica como tecnológica, geográfica, política y moral,

ha impactado y obligado a hacer importantes esfuerzos de adaptación y

actualización.

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La revolución tecnológica ha permitido que no existan barreras geográficas a través

de la utilización de la tecnología actual basada en electrónica y robótica. Existe un

intercambio cultural entre todos los seres humanos. Las naciones tienen tendencia

hacia la implementación y uso de las últimas tecnologías y por ende dar paso a la

automatización de varios sectores socioeconómicos aumentando la seguridad

ciudadana y reduciendo costos.

Estamos viviendo en una sociedad del conocimiento e información, esto obliga a que

las empresas e instituciones se organicen; los países que no se involucren en este

cambio permanecerán desconectados.

Países desarrollados prosperan, dejando a los pequeños fuera de competencia, ya

que sus multinacionales crecen mientras quiebran las empresas nacionales,

provocando desempleo, dando lugar a mano de obra de bajo costo, ya que las

industrias contratan más inmigrantes a los que les pagan salarios menores.

Las brechas digitales, son las barreras que tiene que vencer la sociedad de la

información, existen siempre desigualdades, hay países desarrollados que tienen

acceso a la tecnología, crean proyectos tecnológicos importantes que involucran

electrónica y robótica, y otros países subdesarrollados que les falta infraestructura

por lo que este tipo de proyectos son inaccesibles, esto provoca un retraso tanto a

nivel tecnológico como también a nivel económico, cultural, social, político, de

formación y en el aspecto educativo que es el reflejo de los pueblos.

Nos acercamos aceleradamente al nuevo milenio. Los cambios ya se vislumbran y

llegarán otros que ni siquiera nos imaginamos. Tenemos que prepararnos para ese

nuevo entorno lleno de oportunidades, pero también de incertidumbre.

Impacto

La robótica es una tecnología, que surgió con el transcurso del tiempo, ha impactado

prácticamente en todos los aspectos relacionados con la humanidad, no solo

contribuye con el mejoramiento de la tecnología, sino también con la educación lo

cual han pasado a formar parte culturar de la gente.

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En la actualidad, este tema trae mucha controversia e interés en la humanidad, ya

que los robot cada día que pasa avanza la tecnología que podrían llegar hacer robots

que realicen todas las actividades del ser humano en el ámbito público de nuestra

sociedad, ya que en otros países los utilizan como pruebas para ver su

funcionamiento o si está capacitado en realizar las mismas actividades del ser

humano.

Conclusiones

Con la implementación de un robot autómata que arme el cubo de rubik, se incentiva

a que estudiantes y docentes en el ámbito de la investigación realicen diferentes

dispositivos programados que contribuyan con el avance tecnológico.

Es oportuno y necesario para los estudiantes y docentes de la

carrera de sistemas en la Universidad Regional Autónoma de los

Andes sede Tulcán crear un laboratorio de robótica, en donde

los estudiantes obtengan nuevos conocimientos en programación

y en nuevas líneas de investigación para el desarrollo de

proyectos.

En la Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión

Tulcán, se ha determinado que la institución cuenta con muy

pocos proyectos o temas de investigación acerca de la

construcción, programación e implementación de robots en el

campo educativo, lo cual hace necesario que los docentes

incentiven a los estudiantes para diseñar más robots que les

permitan desarrollar su creatividad y aplicar sus

conocimientos.

Recomendaciones

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Se recomienda a la universidad crear un laboratorio de

robótica para que los estudiantes pueden realizar prácticas, e

incentivar las casas abiertas dentro y fuera de la institución,

donde los proyectos no solo queden archivados sino que sirvan

para vincularse con la colectividad.

Implementar cursos de actualización en el área de robótica,

electrónica e inteligencia artificial a docentes de la carrera

de sistemas, para fortalecer sus conocimientos y contribuir a

que se imparta de una mejor manera la cátedra asignada.

Impartir talleres de electrónica y robótica a los

estudiantes de la carrera de sistemas para que adquieran

conocimientos básicos y se orienten al manejo y desarrollo de

proyectos en esta área.

universidad regional autÓnoma de los...

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