universidad regional autÓnoma de los...

UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE LOS ANDES

“UNIANDES”

Facultad de Sistemas Mercantiles

Carrera de Sistemas

Tesis de grado previo a la obtención del título de

Ingeniero en Sistemas e Informática.

Tema: Robot Humanoide autómata programado para contribuir al

desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán.

AUTOR: Bolaños Benavides Johny Fernando

TUTOR: Ing. Fred Carrera. Mgs.

Tulcán – Ecuador

2015

IV

DEDICATORIA:

A Dios, por haberme brindado una verdadera fuente de

amor y sabiduría para lograr todas las metas

propuestas.

A mi Padre porque gracias a él sé que la

responsabilidad se la debe vivir como un compromiso

de dedicación y esfuerzo, por el valor mostrado para

cumplir todos los objetivos, por toda la motivación a

cada instante que ha permitido ser una persona

responsable.

A mi Madre por haberme brindado siempre su cariño y

apoyo incondicional a cada momento sin importar

nuestras diferencias de opiniones, y por siempre estar

dispuesta a escucharme y ayudarme en cualquier

momento.

A mi hermano por estar siempre presente en los buenos

y malos momentos cuando prácticamente nos hemos

rendido y tirado la toalla en el objetivo de alguna meta.

V

AGRADECIMIENTO

Con el presente trabajo de tesis primeramente quiero agradecer con un inmenso

sentido de gratitud y reconocimiento a la Universidad Autónoma de los Andes

“UNIANDES”, Facultad de Sistemas Mercantiles, Escuela de Sistemas e

Informática, por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional al canciller

Dra. Corona Gómez, y por su intermedio a todo el cuerpo docente los mismos que,

con sabiduría supieron conducirnos hasta culminar este valioso proceso. Un

agradecimiento especial al Dr. Alex Cruz, Director de la Universidad Autónoma de

los Andes “UNIANDES” extensión Tulcán y al Ingeniero Fred Carrera que como

docente y Asesor, ha ayudado exitosamente, proporcionando sus excelentes

conocimientos para la realización de la presente Tesis.

Atentamente

Johny Bolaños.

VI

RESUMEN EJECUTIVO

En el presente trabajo de investigación está orientado a contribuir al desarrollo de

aplicaciones tecnológicas mediante un robot humanoide autómata programado en

Uniandes Tulcán.

La línea de investigación reguladora del presente trabajo de tesis pertenece a la

automatización y control de la robótica presente en el manual de tesis de la

universidad Uniandes.

La presente investigación consta con tres capítulos, en el primer capítulo se

desarrolló el marco teórico que consiste en aplicar los conceptos, leyes y

esenciales como material de consulta en el desarrollo del conocimiento científico

para contribuir a la solución del problema planteado, aquí también se encuentran

los objetivos y la justificación del problema.

En el segundo capítulo se desarrolla el marco metodológico y planteamiento del

problema al cual la investigación en las modalidades de campo y explicativa con la

aplicación de métodos empíricos, analítico, sintético, inductivo–deductivo y

sistémico pretende dar la respectiva solución al problema planteado, también se

ha implementado una investigación de campo y explicativa como la encuesta a los

estudiantes de la carrera de sistemas informáticos de la universidad Uniandes

extensión Tulcán para finalmente realizar el análisis e interpretación de datos

obtenidos que constituyen un componente fundamental en el desarrollo del

trabajo de grado.

En el tercer capítulo se lleva a cabo el desarrollo de la propuesta con lo cual se

concluye el trabajo investigativo que consiste en el diseño de un robot Humanoide

Mindstorms EV3, para las respectivas pruebas de funcionamiento se utilizó un

software y se obtuvo los resultados esperados.

VII

EXECUTIVE SUMMARY

In the present work of investigation humanoid is orientated to contribute to the

development of technological applications by means of a robot automaton

programmed in Uniandes Tulcán.

The line of regulatory investigation of the present work of thesis belongs to the

automation and control of the present robotics in the manual of thesis of the

university Uniandes.

The present investigation consists with three chapters, in the first chapter there

developed the theoretical frame that consists of applying the concepts, laws and

essential as material of consultation in the development of the scientific knowledge

to contribute to the solution of the raised problem, here also they find the aims and

the justification of the problem.

In the second chapter there develops the methodological frame and exposition of

the problem to which the investigation in the field modalities and explanatory with

the application of empirical methods, analytical, synthetic, inductive - deductive and

systemic it tries to give the respective solution to the raised problem, also an

explanatory field investigation has been implemented and as the survey to the

students of the career of IT systems of the university Uniandes extension Tulcán

finally to realize the analysis and interpretation of obtained information that

constitute a fundamental component in the development of the work of degree.

In the third chapter the development of the offer is carried out with which one

concludes the work of investigation that there consists of the design of a robot

Humanoid Mindstorms EV3, for the respective tests of functioning a software was

in use and the awaited results were obtained.

VIII

ÍNDICE GENERAL

Constancia de certificación por parte del tutor………….……………………….

¡Error! Marcador no definido.

Declaración de autoría .............................................¡Error! Marcador no definido.

Dedicatoria: ........................................................................................................... IV

Agradecimiento ...................................................................................................... V

Resumen ejecutivo................................................................................................ VI

Executive summary .............................................................................................. VII

Introducción. ...................................................................................................... - 1 -

Planteamiento del Problema. ............................................................................. - 2 -

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

Objeto de Estudio y Campo de Acción. .............................................................. - 3 -

Objeto de Estudio. ............................................................................................. - 3 -

Objetivos. ........................................................................................................... - 3 -

Objetivo General............................................................................................. - 3 -

Objetivos Específicos: .................................................................................... - 3 -

Variables ............................................................................................................ - 4 -

Variable Independiente. ..................................................................................... - 4 -

Variable Dependiente. .................................................................................... - 4 -

Métodos, Técnicas y Herramientas de Investigación.......................................... - 5 -

Métodos Empíricos ......................................................................................... - 5 -

Técnicas de Investigación. ................................................................................. - 7 -

Metodología de Desarrollo de la Robótica. ......................................................... - 7 -

Aporte Teórico, Significación Práctica y Novedad .............................................. - 9 -

Aporte Teórico ................................................................................................... - 9 -

Capitulo I Marco Teorico ..……….…………………………………………………….11

1.1 Origen y evolución de los procesos Informáticos. ................................... - 11 -

IX

1.2 Análisis de las distintas posiciones teóricas sobre Procesos informáticos. . - 13 -

1.2.1 Procesos informáticos. ............................................................................ - 13 -

1.2.2 Automatización y Robótica. ..................................................................... - 14 -

1.2.2.1 Automatización. ................................................................................... - 14 -

1.2.2.1.1 Objetivos de la automatización ...................................................... - 15 -

1.2.2.2 Sistemas de Control ......................................................................... - 15 -

1.2.2.3 Robótica. .............................................................................................. - 17 -

1.2.2.3.1 Definición. ......................................................................................... - 17 -

1.2.2.3.2 Leyes de la Robótica ........................................................................ - 18 -

1.2.3.2 Clasificación de los robots ................................................................ - 18 -

1.2.3.3 Por Generación................................................................................. - 18 -

1.2.3.3.1 Primera Generación- Manipuladores ............................................. - 19 -

1.2.3.3.2 Segunda Generación- Robots de Aprendizaje ............................... - 19 -

1.2.3.3.3 Tercera Generación- Robots con Control Sensorizado ................. - 19 -

1.2.4 Componentes del robot ........................................................................... - 20 -

1.2.4.1 Sensores .............................................................................................. - 20 -

1.2.4.1.1 Características de los sensores ..................................................... - 21 -

1.2.4.2 Tipos de sensores ............................................................................ - 21 -

1.2.4.2.1 Sensores de Contacto ................................................................... - 21 -

1.2.4.2.2 Sensor Infrarrojo. ........................................................................... - 22 -

1.2.4.2.3 Sensores de Temperatura. ............................................................ - 22 -

1.2.4.2 Actuadores ........................................................................................... - 23 -

1.2.4.3 Servomotor........................................................................................... - 24 -

Capitulo II Marco Metodológico……………………………………………………….27

2.2 Descripción del procedimiento metodológico para el desarrollo de la

investigación .................................................................................................... - 27 -

2.2.2 Tipos de Investigación. ............................................................................ - 28 -

2.2.2.1 Investigación Bibliográfica ................................................................ - 28 -

2.2.2.2 Investigación Aplicada ...................................................................... - 28 -

2.2.2.3 Investigación Descriptiva. ................................................................. - 28 -

2.2.2.4 Investigación de Campo. .................................................................. - 29 -

2.2.3.1 Métodos de Investigación. ................................................................ - 29 -

X

2.2.3.1.2 Métodos Teóricos .......................................................................... - 30 -

2.2.4 Metodología de Desarrollo de la Robótica. ............................................. - 31 -

2.2.5 Técnicas de investigación. ...................................................................... - 33 -

2.2.7 Población y Muestra ................................................................................ - 33 -

2.3 Conclusiones Parciales del Capítulo II. ...................................................... - 39 -

Capitulo III Desarrollo de la propuesta ……………………………………………….40

3.2 Antecedentes de la Propuesta ................................................................... - 40 -

3.4. Caracterización de la Propuesta ............................................................... - 41 -

3.5. Planteamiento detallado de la Propuesta. ................................................. - 42 -

3.5.1. Descripción del Sistema Actual. ............................................................. - 42 -

3.6.1 Diagrama de requerimientos de la propuesta. ......................................... - 43 -

3.7 Implementación .............................................................................................. 50

3.7.1. Herramientas de Acción ............................................................................. 51

3.7.2 Herramientas de Control de Flujo ............................................................... 51

3.7.3. Sensores .................................................................................................... 52

3.7.4. Herramientas para Operaciones con Datos ................................................ 52

3.7.5. Herramientas de Control Avanzado ............................................................ 53

3.8 Pruebas......................................................................................................... 54

Conclusiones Generales ...................................................................................... 63

Recomendaciones ............................................................................................... 64

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 65

ANEXOS .............................................................................................................. 67

XI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° 1………………………………………………………………..32

Tabla N° 2………………………………………………………………..33

Tabla N° 3………………………………………………………………..34

Tabla N° 4………………………………………………………………..35

Tabla N° 5………………………………………………………………..35

Tabla N° 6………………………………………………………………..36

Tabla N° 7………………………………………………………………..37

Tabla N° 8………………………………………………………………..37

Tabla N° 9………………………………………………………………..41

Tabla N° 10……………………………………………………………....56

Tabla N° 11……………………………………………………………....57

Tabla N° 12……………………………………………………….……...58

Tabla N° 13……………………………………………………….….…..58

Tabla N° 14………………………………………………………..……..59

XII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico Nn°1……………………………………………….………..……..43

Gráfico N°2………………………………………………………………..44

Gráfico N°3………………………………………………………………..44

Gráfico N°4………………………………………………………………..45

Gráfico N°5………………………………………………………………..46

Gráfico N°6……………………………………………………………..…46

Gráfico N°7………………………………………………………………..47

Gráfico N°8………………………………………………………………..47

Gráfico N°9………………………………………………………………..48

Gráfico N° 10……………………………………………………………...48

Gráfico N°11……………………………………………………………....49

Gráfico N°12……………………………………………………………....50

Grafico N° 13………………………………………………………….......50

Gráfico N° 14………………………………………………………….......50

Gráfico N° 15………………………………………………..…………….51

Gráfico N° 16………………………………………………..…………….51

Gráfico N° 17……………………………………………………….……..52

Gráfico N° 18……………………………………………………………...52

Gráfico N° 19……………………………………………………………...53

Gráfico N° 20……………………………………………………………...54

- 1 -

INTRODUCCIÓN.

Antecedentes Investigativos

A lo largo de la historia el hombre se ha fascinado por máquinas que imitan el

movimiento del hombre. A estas máquinas los griegos las denominaban

autómatos. De esta palabra deriva la palabra autómata: Maquina que imita la

figura y los movimientos de un ser animado.

La cultura árabe heredó y difundió los conocimientos griegos, utilizándolos no sólo

para mecanismos aplicados a la diversión, sino que le dio una aplicación práctica,

introduciéndolos en la vida cotidiana de la realeza.

Los robots hoy en día son en su mayoría excesivamente caros y su función está

muy especializada, por lo que, los estudios actuales se centran en conseguir que

sean más generales y económicos, de tal manera que sean accesibles a todas las

personas que quieran resolver cualquier problema en sus tareas cotidianas.

Debido a los avances tecnológicos actuales, construir un robot es posible y se lo

viene realizando en universidades y actualmente en compañía de juguetes, la

industria como tal no es única que se ha beneficiado con la aparición de los

robots, ya que existen áreas como: la medicina aeronáutica y agricultura que

también se han beneficiado.

Luego de realizar una investigación sobre el tema de tesis se han encontrado

algunos proyectos investigativos en el campo de la robótica, en la biblioteca de la

universidad UNIANDES Tulcán, existe como por ejemplo la tesis del señor Diego

Francisco Rosales Almeida con el tema “Robot autónomos controlados por

sensores, que faciliten el proceso de enseñanza-aprendizaje de robótica en la

carrera e sistemas e informática de Uniandes Tulcán” lo cual facilito a los

estudiantes de la universidad el conocimiento de este tipo de tecnologías usadas

en la creación de robots.

- 2 -

Planteamiento del Problema.

Actualmente dentro de la Universidad Uniandes extensión Tulcán no cuenta con

un área de robótica ni un laboratorio para realizar un análisis, diseño y simulación

de robots dentro de la universidad no se ha creado ni manipulado un robot, capaz

de realizar movimientos versátiles y precisos que pueda ser utilizado para realizar

diversas labores requeridas en nuestro medio, con cierta capacidad sensorial de

reconocimiento y capaz de realizar tareas automáticamente.

El autómata programable nació como solución al control de circuitos complejos de

automatización. Por lo tanto se puede decir que un autómata programable no es

más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando

de los sistemas automáticos. A él se pueden conectar los sensores por una parte,

y los actuadores por otra.

Por tal motivo se desarrollara un robot humanoide autómata programado, para con

ello elevar el avance tecnológico en la universidad Uniandes.

Formulación del problema.

¿Cómo contribuir al desarrollo de aplicaciones tecnológicas en la carrera de

Sistemas en Uniandes Tulcán?

Delimitación del Problema.

Lugar.

El lugar en donde se desarrollará el presente trabajo investigativo, es la

Universidad Autónoma de los Andes “Uniandes” extensión Tulcán ubicada en el

sector de Santa Rosa de Taques sector sur.

Tiempo.

Todo el proceso investigativo, se realizara en el periodo comprendido entre

octubre y diciembre del 2014, en el campo de la Robótica.

- 3 -

Objeto de Estudio y Campo de Acción.

Objeto de Estudio.

Procesos Informáticos.

Campo de Acción.

Robótica.

Línea de Investigación.

Automatización y Control.

Objetivos.

Objetivo General.

Implementar un robot humanoide autómata programado que contribuya al

desarrollo de aplicaciones tecnológicas en la carrera de Sistemas en Uniandes

Tulcán.

Objetivos Específicos:

Sistematizar la información referente al robot humanoide autómata programado

y el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en el área de Sistemas.

Diagnosticar la situación actual del desarrollo de aplicaciones tecnológicas en

la carrera de Sistemas en Uniandes Tulcán.

Determinar los elementos constitutivos para el desarrollo del robot humanoide

autómata programado.

Validar la propuesta por la vía de expertos.

- 4 -

Idea a Defender.

Con el desarrollo de un robot humanoide autómata programado se va a contribuir

al perfeccionamiento de la automatización de procesos de inteligencia artificial así

como el perfeccionamiento del uso de la robótica dentro de Universidad Uniandes,

permitiendo así el uso de nuevas tecnologías utilizadas para la implementación del

robot, además de aportar los conocimientos adquiridos a los estudiantes de la

Universidad.

Variables

Variable Independiente.

Robot humanoide autómata programado.

Variable Dependiente.

Desarrollo de aplicaciones tecnológicas en el área de sistemas.

Justificación del tema

La importancia de la implementación de un Robot Humanoide autómata

programado es la de contribuir con el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en el

área de sistemas, La necesidad para realizar este proyecto está basada en que la

Universidad Uniandes tenga un buen desarrollo de aplicaciones Tecnológicas ya

que esto tendrá una alta competitividad tecnológica, además de aportar los

conocimientos adquiridos a los estudiantes de la Universidad Uniandes.

Mediante el desarrollo de la presente tesis de grado los beneficiarios serán tanto

como personal administrativo, docentes y estudiantes de la Universidad porque

tendrán un alto nivel académico y de calidad.

- 5 -

Métodos, Técnicas y Herramientas de Investigación.

Métodos de Investigación.

Los métodos que se van a utilizar en el desarrollo de la presente tesis son

Empíricos y Teóricos.

Métodos Empíricos

Es un modelo de investigación científica, que se basa en las ciencias descriptivas,

es el más usado en el campo de las ciencias sociales y en las ciencias naturales.

Los métodos a utilizarse en la elaboración de la presente tesis son:

Observación Científica.

Porque es un elemento fundamental; en todo proceso investigativo, para obtener

el mayor número de información, observando la estructura, funcionamiento

clasificando y resumiendo los datos, ya que gran parte del conocimiento que

constituye la ciencia ha sido lograda mediante la observación.

Validación por la Vía de Expertos

Este método es aplicable en la tesis porque permite consultar a un conjunto de

expertos para validar la propuesta sustentada en sus conocimientos,

investigaciones, experiencia, estudios bibliográficos, etc. Da la posibilidad a los

expertos de analizar el tema con tiempo sobre todo si no hay posibilidades de que

lo hagan de manera conjunta.

Métodos Teóricos

A través de los métodos teóricos se logra descubrir la esencia del objeto

investigado y sus interrelaciones, ya que no se puede llegar a ella mediante la

percepción. Por ello se apoya básicamente en los procesos de abstracción,

análisis, síntesis, inducción y deducción.

Entre los métodos teóricos que se destacan en la realización de la presente tesis

son:

- 6 -

Método Analítico – Sintético

Este método implica el análisis y la síntesis, es decir la separación de un todo en

sus partes o en sus elementos constitutivos, y la segunda implicando la unión de

elementos para formar un todo. En la tesis de grado optaremos por descomponer

y distinguir los elementos de un todo y revisar ordenadamente cada uno de ellos

por separado para descubrir los distintos elementos que lo componen como las

causas y los efectos.

Método Inductivo – Deductivo.

En términos muy generales, consiste en establecer enunciados universales ciertos

a partir de la experiencia, esto es, ascender lógicamente a través del conocimiento

científico, desde la observación de los fenómenos o hechos de la realidad la ley

universal que los contiene. Es por eso que este método será utilizable en la tesis,

porque parte de un marco general de referencia y se va hacia un caso en

particular.

Histórico – Lógico.

Se va a utilizar este método en la presente tesis porque el método histórico real

es reflejado en forma mediatizada con toda su objetividad, complejidad y

contradicciones. El pensamiento a través de lo lógico refleja lo histórico en forma

esencial, con lo que reproduce la esencia del objeto y la historia de su desarrollo

en un sistema de abstracciones. Lo histórico, con referencia a lo lógico, es lo

primario; la lógica refleja los momentos y consideraciones fundamentales de la

historia.

Método Sistémico.

Es importante utilizar este método en la tesis porque permite relacionar hechos

aparentemente aislados y se formula una teoría que unifica los diversos

elementos.

- 7 -

Técnicas de Investigación.

Encuesta.

Instrumentos De Investigación.

Para la Encuesta se aplica el Cuestionario o Test.

Metodología de Desarrollo de la Robótica.

La metodología de desarrollo de la robótica a emplear es la orientada a

automatización y control, la misma que tiene las siguientes fases o etapas:

Análisis Orientada a procesos autómatas

Porque es una metodología de análisis que examina los requisitos desde la

perspectiva de tener la capacidad de implementar un agente no vivo, que se

encuentran en el vocabulario del dominio del problema. El Análisis orientado a

procesos autómatas ofrece un enfoque muy tecnológico para el análisis de

requisitos de sistemas robots, ya que mediante estos se pueden analizar procesos

robóticos mediante 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.

Diseño de procesos robóticos

Se utilizará esta metodología ya que permite manipular la actividad de concepción,

creación y puesta en funcionamiento, con fines industriales y pedagógicos, de

objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas muy fieles y significativas

de los procesos y herramientas robóticos que son usados cotidianamente, sobre

todo, en el medio actual.

Diseño de sistemas robots

Es importante utilizar este tipo de sistemas en la presente tesis ya que son un

sistema electromecánico, dotado de sensores y actuadores para realizar

actividades de tipo industrial, con un sistema de control y capacidad de decisión

- 8 -

que le permite realizar tareas automáticas o autónomas, dependiendo de su grado

de versatilidad y complejidad.

Construcción del Robot

Permite documentar la construcción del robot humanoide e incluir los comentarios

que expliquen tanto cómo y por qué se utilizó cierto procedimiento conforme se

codifico de cierta forma. La documentación es esencial para poder realizar

prácticas con el robot y el mantenimiento una vez que la aplicación se ha puesto

en marcha.

Pruebas

El objetivo principal es ejercitar profundamente el sistema autómata, comprobando

la integración del funcionamiento del robot humanoide globalmente, verificando el

funcionamiento correcto de las interfaces entre los distintos procesos que lo

componen y con el resto de sistemas con los que se comunica.

Descripción de la Estructura de la Tesis

Estructura de la Tesis

Portada de la Tesis

Página con Certificación del Tutor

Página con Declaración de Auditoria de la Tesis

Página de Dedicatoria

Página de Agradecimiento

Índice General

Página Resumen Ejecutivo

Introducción

Antecedentes de la Investigación.

Planteamiento del Problema.

Formulación del Problema.

Objeto de Investigación y Campo de Acción.

- 9 -

Identificación de la Línea de Investigación.

Objetivos: Objetivo General y Objetivos Específicos.

Idea a Defender

Breve explicación de la Metodología investigativa a emplear.

Resumen de la Estructura de la Tesis: Breve explicación de los capítulos de la

tesis.

Elementos de novedad, aporte teórico y significación practica en dependencia

del alcance de la tesis.

Capítulo I. Marco Teórico.

Capítulo II. Marco Metodológico y Planteamiento de la Propuesta.

Capítulo III. Desarrollo de la Propuesta.

Conclusiones Generales.

Recomendaciones.

Bibliografía.

Anexos

Aporte Teórico, Significación Práctica y Novedad

Aporte Teórico

El aporte teórico de la presente tesis de grado es el desarrollo e implementación

de un robot humanoide autómata programado, con los diferentes elementos y

conceptos que componen el robot autómata por medio de la manipulación de

automatización, control, electrónica y robóticas, con su respectivo manual de

información y guía para el usuario.

Significación Práctica

La robótica en la actualidad es muy necesaria para la automatización de procesos

presentes en la vida cotidiana. La robótica ha abierto una nueva etapa en los

procesos de mecanización y automatización de los procesos de producción, ya

que gracias a ella se ha podido sustituir personas, máquinas o sistemas capaces

- 10 -

de automatizar operaciones concretas, por dispositivos mecánicos de uso general

dotados de varios grados de libertad que son capaces de adaptarse a la

automatización de un número muy variado de procesos u operaciones. La

significación práctica aplicada en la presente tesis seria al aporte de la

automatización y control del robot autómata programado de transporte de objetos

es decir la simulación de transporte con objetos, mediante la programación.

Novedad

El presente trabajo de investigación es novedoso, porque presenta un robot

humanoide autómata programado que sirva en el campo industrial mediante el uso

de nuevas tecnologías como el control autómata que en la actualidad es una de

las más usadas dentro de la robótica para la simulación de movimientos, así como

la implementación de un sistema electrónico de control, en el que se integra un

procesador como “cerebro” del sistema. Esta disposición, permite la programación

y el control de los movimientos, así como la memorización de diversas secuencias

de trabajo, dotando al robot de una gran flexibilidad y posibilita su adaptación a la

simulación de un humano. Este tipo de iniciativas científicas no hacen más que

recordar lo rápidamente que avanza la tecnología.

- 11 -

CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO.

1.1 Origen y evolución de los procesos Informáticos.

El origen de las máquinas de calcular está dado por el ábaco chino, éste era una

tablilla dividida en columnas en la cual la primera, contando desde la derecha,

correspondía a las unidades, la siguiente a la de las decenas, y así

sucesivamente. A través de sus movimientos se podía realizar operaciones de

adición y sustracción.

La evolución de la informática lo situamos en el siglo XVII, donde el científico

francés Blas Pascal inventó una máquina calculadora. Ésta sólo servía para hacer

sumas y restas, pero este dispositivo sirvió como base para que el alemán

Leibnitz, en el siglo XVIII, desarrollara una máquina que, además de realizar

operaciones de adición y sustracción, podía efectuar operaciones de producto y

cociente. Ya en el siglo XIX se comercializaron las primeras máquinas de calcular.

En este siglo el matemático inglés Babbage desarrolló lo que se llamó "Máquina

Analítica", la cual podía realizar cualquier operación matemática. Además disponía

de una memoria que podía almacenar 1000 números de 50 cifras y hasta podía

usar funciones auxiliares, sin embargo seguía teniendo la limitación de ser

mecánica.

Primera generación

Las computadoras fueron desarrollándose conforme ha pasado el tiempo,

expresa: “Eran de un tamaño tan grande que ocupaban espaciosos salones en las

universidades donde fueron desarrolladas.” Y es que su capacidad de

almacenamiento en la memoria era muy reducida, como en el caso de la ENIAC

que almacenaba 1kB, sumamente pequeño para los que se conoce en la

actualidad (López, 1997, pág. 12).

- 12 -

Segunda generación

En 1958 comienza la segunda generación cuyas máquinas empleaban circuitos

transistorizados. El transistor es un elemento electrónico que permite reemplazar

al tubo con las siguientes ventajas: su consumo de corriente es mucho menor con

lo que también es menor su producción de calor. Su tamaño es también mucho

menor. Un transistor puede tener el tamaño de una lenteja mientras que un tubo

de vacío tiene un tamaño mayor que el de un cartucho de escopeta de caza. Esto

permite una drástica reducción de tamaño.. Como podemos ver el simple hecho

de pasar del tubo de vacío al transistor supone un gran paso en cuanto a

reducción de tamaño y consumo y aumento de fiabilidad. Las máquinas de la

segunda generación emplean además algunas técnicas avanzadas no sólo en

cuanto a electrónica sino en cuanto a informática y proceso de datos como por

ejemplo los lenguajes de alto nivel.

Tercera generación

Lo siguiente fue la integración a gran escala de transistores en microcircuitos

llamados procesadores o circuitos integrados monolíticos LSI, así como la

proliferación de lenguajes de alto nivel y la introducción de sistemas operativos.

Cuarta generación

En esta generación ya aparece el chip, se crea el primer microprocesador o Chip

de 4 bit, que en un espacio de aproximadamente 4 x 5 mm contenía 2250

transistores. Este primer microprocesador fue bautizado como el 4004.

“Esta generación se caracterizó por grandes avances tecnológicos realizados en

un tiempo muy corto. En 1977 aparecen las primeras microcomputadoras, entre

las cuales, las más famosas fueron las fabricadas por Apple Computer, Radio

Shack y Commodore Business Machines.” (García, 1997, pág. 30)

Prosigue el avance dentro de la informática y es aquí donde nos damos cuenta

que el microchip, ha ayudado a manejar más rápido la información

- 13 -

Quinta generación

Hay dos grandes avances tecnológicos que quizás sirvan como parámetro para el

inicio de dicha generación: la creación en 1982 de la primera supercomputadora

con capacidad de proceso paralelo, diseñada por Seymouy Cray.

La característica principal sería la aplicación de la inteligencia artificial. Las

computadoras de esta generación contienen una gran cantidad de

microprocesadores trabajando en paralelo y pueden reconocer voz e imágenes.

Sexta generación

Aparentemente, ésta sería la última generación dentro de los computadores más,

el futuro es incierto ya que no se sabe qué nos traerá el avance tecnológico.

“Esta generación cuenta con arquitecturas combinadas Paralelo y Vectorial, con

cientos de microprocesadores vectoriales trabajando al mismo tiempo”

(Noya, 1997, pág. 78); se han creado computadoras capaces de realizar más de

un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo las

redes de área mundial) seguirán creciendo desorbitadamente utilizando medios de

comunicación a través de fibras ópticas y satélites, con anchos de banda

impresionantes.

1.2 Análisis de las distintas posiciones teóricas sobre Procesos

informáticos.

1.2.1 Procesos informáticos.

Se refiere a la ejecución de diversas instrucciones por parte del microprocesador,

de acuerdo a lo que indica un programa. El sistema operativo de la computadora

se encarga de gestionar los procesos. Este software administra las instrucciones

que otros programas informáticos destinan al microprocesador, analiza el estado

de ejecución y organiza la memoria dedicada a las tareas.

- 14 -

El sistema operativo se encarga de crear y borrar los procesos y de establecer

comunicaciones entre ellos. La forma de gestión, de todos modos, depende de las

maneras de trabajar de cada sistema operativo en particular.

Existen diversos caminos para la creación de un proceso informático, como el

propio inicio del sistema, el pedido de un usuario o la llamada realizada por otro

proceso. En cuanto a la finalización de un proceso, puede concretarse de manera

normal, a partir de un error o por petición de otro proceso.

1.2.2 Automatización y Robótica.

1.2.2.1 Automatización.

La automatización industrial es el uso de sistemas o elementos computarizados y

electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una

disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la

instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo,

los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de

datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las

operaciones de plantas o procesos industriales. (Loila Iban, 2005).

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción,

realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos

tecnológicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

Parte Operativa

Es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que

hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos

que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como

motores, cilindros, compresores. Y los captadores como fotodiodos, finales de

carrera.

- 15 -

Parte de Mando

Suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace

bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos

lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación

automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe

ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

1.2.2.1.1 Objetivos de la automatización

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos

penosos e incrementando la seguridad.

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción

y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

Integrar la gestión y producción

1.2.2.2 Sistemas de Control

Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de

una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La

finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las

variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas

alcancen unos valores prefijados.

1.2.2.2.1 Sistema de control de lazo abierto

Es un esquema de control en el que la salida del proceso a controlar no afecta a la

acción de control, es decir es muy sensible a perturbaciones y variaciones.

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).

- 16 -

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. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el

controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de

salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.

Estos sistemas se caracterizan por:

Ser sencillos y de fácil concepto.

Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.

La salida no se compara con la entrada.

Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.

La precisión depende de la previa calibración del sistema.

1.2.2.2.2 Sistema de control de Lazo Cerrado.

El control en lazo cerrado, realimentado o feedback es el mecanismo básico que

se utiliza en los proceso, ya sean mecanismos, eléctricos o biológicos, para

mantener su equilibrio. Puede definirse como el uso de una diferencia de señales,

determinada comparando el valor real de la variable de proceso y el deseado,

como medio para controlar un sistema. 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).

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de

salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un

resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. 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 producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no

es capaz de manejar.

- 17 -

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

atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con

los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

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.

Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termo-tanque de

agua que utilizamos para bañarnos. Otro ejemplo sería un regulador de nivel de

gran sensibilidad de un depósito. El movimiento de la boya produce más o menos

obstrucción en un chorro de aire o gas a baja presión. Esto se traduce en cambios

de presión que afectan a la membrana de la válvula de paso, haciendo que se

abra más cuanto más cerca se encuentre del nivel máximo.

1.2.2.3 Robótica.

1.2.2.3.1 Definición.

La Robótica es una ciencia o rama de la tecnología, 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 industrial, desde sus orígenes, estuvo muy orientada a las funciones

de manipulación, De hecho, suele considerarse que un robot industrial es

esencialmente un robot manipulador, Por ello, la mayor parte de los libros de

robótica se dedican exclusivamente a robots manipuladores.

La Robótica abre una nueva y decisiva etapa en el actual proceso de

mecanización y automatización creciente de los procesos de producción. Consiste

esencialmente en la sustitución de máquinas o sistemas automáticos que

realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos que realizan

operaciones concretas, por dispositivos mecánicos de uso general, dotados de

- 18 -

varios grados de libertad en sus movimientos y capaces de adaptarse a la

automatización de un número muy variado de procesos y operaciones.

La Robótica se ha caracterizado por el desarrollo de sistemas cada vez más

flexibles, versátiles y polivalentes, mediante la utilización de nuevas estructuras

mecánicas y de nuevos métodos de control y percepción.

(Ollero Aníbal Baturone, 2005)

1.2.2.3.2 Leyes de la Robótica

Primera ley: Un robot no debe hacer daño a una persona o dejar que una

persona sufra un daño por su falta de acción.

Segunda ley: Un robot debe cumplir con todas las órdenes que le programa

un humano, en caso de que las órdenes fueran contradictorias respecto a la

primera ley.

Tercera ley: Un robot debe cuidar su propia integridad, excepto cuando esta

protección genera un inconveniente con la primera o segunda ley.

1.2.3 Robot

1.2.3.1 Definición

Un robot, es un agente artificial mecánico o virtual. Es una máquina usada para

realizar un trabajo automáticamente y que es controlada por una computadora.

Si bien la palabra robot puede utilizarse para agentes físicos y agentes virtuales de

software, estos últimos son llamados "bots" para diferenciarlos de los otros.

1.2.3.2 Clasificación de los robots

Los robots se clasifican de acuerdo a su aplicación, su arquitectura, su nivel de

inteligencia, su generación, su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de

programación.

1.2.3.3 Por Generación

La clasificación de los robots según su generación se la realiza de acuerdo al

software en el controlador, el diseño mecánico y la capacidad de los sensores

- 19 -

1.2.3.3.1 Primera Generación- Manipuladores

Esta primera etapa se puede considerar desde los años 50s, en donde las

maquinas diseñadas cuentan con un sistema de control relativamente sencillo de

lazo abierto, esto significa que no existe retroalimentación alguna por parte de

algún sensor y realizan tareas previamente programadas que se ejecutan

secuencialmente.

1.2.3.3.2 Segunda Generación- Robots de Aprendizaje

La segunda etapa se desarrolla hasta los años 80s, este tipo de robots son un

poco más conscientes de su entorno que su previa generación, disponiendo de

sistemas de control de lazo cerrado en donde por medio de sensores adquieren

información de su entorno y obtienen la capacidad de actuar o adaptarse según

los datos analizados.

También pueden aprender y memorizar la secuencia de movimientos deseados

mediante el seguimiento de los movimientos de un operador humano.

1.2.3.3.3 Tercera Generación- Robots con Control Sensorizado

Durante esta etapa, que tiene lugar durante los años 80s y 90s, los robots ahora

cuentan con controladores (computadoras) que usando los datos o la información

obtenida de sensores, obtienen la habilidad de ejecutar las ordenes de un

programa escrito en alguno de los lenguajes de programación que surgen a raíz

de la necesidad de introducir las instrucciones deseadas en dichas maquinas.

Los robots usan control del tipo lazo cerrado, lo cual significa que ahora son

bastante conscientes de su entorno y pueden adaptarse al mismo.

1.2.3.3.4 Cuarta Generación- Robots Inteligentes

Esta generación se caracteriza por tener sensores mucho más sofisticados que

mandan información al controlador y la analizan mediante estrategias complejas

de control. Debido a la nueva tecnología y estrategias utilizadas estos robots

califican como "inteligentes", se adaptan y aprenden de su entorno utilizando

"conocimiento difuso" , "redes neuronales", y otros métodos de análisis y

obtención de datos para así mejorar el desempeño general del sistema en tiempo

- 20 -

real, donde ahora el robot puede basar sus acciones en información más sólida y

confiable, y no solo esto sino que también se pueden dar la tarea de supervisar el

ambiente que les rodea, mediante la incorporación de conceptos "modélicos" que

les permite actuar a situaciones determinadas.

1.2.3.3.5 Quinta Generación y más allá

La siguiente generación será una nueva tecnología que incorporara 100%

inteligencia artificial y utilizara métodos como modelos de conducta y una nueva

arquitectura, además de otras tecnologías actualmente en desarrollo como la

nanotecnología.

Esta etapa depende totalmente de la nueva generación de jóvenes interesados en

robótica.

1.2.4 Componentes del robot

1.2.4.1 Sensores

Los sensores imitan la capacidad de percepción de los seres humanos, por ello es

cada vez más usual encontrarlos incorporados a cualquier área tecnológica.

Debido a esta característica de imitar la percepción humana, los sensores son por

lo tanto dispositivos electrónicos que permiten interactuar con el entorno, de forma

que nos proporcionan información de ciertas variables que nos rodean para poder

procesarlas y así generar órdenes o activar procesos.

Con la incorporación de sensores a los sistemas electrónicos se les ha dotado de

cierta inteligencia artificial ya que a través de la información que proporcionan y

una vez procesada convenientemente, permiten tomar con precisión y rapidez las

mejores decisiones dentro del cometido para el que están diseñados dichos

sistemas electrónicos. (Antonio Serna Ruiz 2010)

Los sensores no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de

una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica,

que seamos capaces de cuantificar y manipular.

- 21 -

1.2.4.1.1 Características de los sensores

Es necesario conocer las características técnicas sobre la calidad del sensor:

Resolución: Es la mínima variación de la magnitud de entrada que puede

apreciarse a la salida.

Sensibilidad: Es la relación entre la variación de la magnitud de salida y la

variación de la magnitud de entrada.

Error: Es la desviación de la medida proporcionada por el sensor respecto de

la real. Se suele expresar en porcentaje %.

Precisión: Es el error de medida máximo esperado.

Repetitividad: Es el error esperado al repetir varias veces la misma medida.

A la hora de elegir un sensor para una aplicación concreta, es necesario tener en

cuenta determinados aspectos para obtener el mejor rendimiento dentro de dicha

aplicación:

Rapidez en la respuesta.

Situación donde van a ser utilizados.

Radio de acción.

Fiabilidad en el funcionamiento.

Tensiones de alimentación.

Consumo de corriente.

Márgenes de temperatura de funcionamiento.

Posibles interferencias por agentes externos.

Relación calidad /precio.

1.2.4.2 Tipos de sensores

1.2.4.2.1 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)

- 22 -

Los sensores de contacto pueden subdividirse en dos categorías principales:

binarios y analógicos.

Los sensores binarios son esencialmente conmutadores que responden a la

presencia o ausencia de un objeto. Por el contrario los sensores analógicos

proporcionan a la salida una señal proporcional a una fuerza local.

1.2.4.2.2 Sensor Infrarrojo.

Es un pequeño dispositivo que puede alojar en su interior un diodo emisor de

infrarrojos que trabaja a una longitud de onda determinada y un receptor, que

puede ser un fototransistor que se dispone en paralelo al emisor apuntando ambos

en la misma dirección, puede ser un sensor lineal, dependiendo del modelo su

salida puede ser analógica, digital o booleana. (Estela Díaz López, 2006).

Es un instrumento usado en los robots rastreadores para detección de líneas

pintadas o movimiento de ruedas, es decir, es un dispositivo electrónico capaz de

medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de

visión.

1.2.4.2.3 Sensores de Temperatura.

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de

temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo

eléctrico o electrónico. Es un circuito integrado que da una tensión proporcional a

la temperatura ambiente. Dependiendo del modelo su rango de temperaturas varía

y puede que trabaje con grados kelvin o grados centígrados.

Se usan para detección de la temperatura ambiente que tiene a su alrededor,

pudiendo activar módulos refrigeradores.

1.2.4.2.4 Sensores Ópticos.

Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la

materia para determinar las propiedades de está. Una mejora de los dispositivos

- 23 -

sensores, comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de

transmisión de la luz. (Dayro Carlos, Corredor Alfonso, Espinel Henry, 2007).

Son aquellos que detectan la presencia de una persona o de un objeto que

interrumpen el haz de luz que le llega al sensor. También son utilizados para leer y

detectar información. Los principales sensores ópticos son las fotorresistencias,

las LDR, fotodiodo, fototransistor.

•Fotorresistencia

Su resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz que se aplique.

•Fotodiodo

Sensible a la incidencia de luz visible o infrarroja, ante la ausencia de luz generan

tensión.

•Fototransistor

Es sensible a la luz infrarroja, es más sensible que un fotodiodo.

•Las LDR

Regulan el movimiento del robot y lo detienen cuando topa cierto obstáculo.

1.2.4.2 Actuadores

Los actuadores son los encargados de generar el movimiento de los diferentes

mecanismos o elementos que conforman el robot.

Los actuadores eléctricos

Se utilizan principalmente en robots que no demanden de altas velocidad ni

potencia. Son usados en aplicaciones que requieran de exactitud y repetitividad.

Los motores eléctricos más utilizados en robóticas son los motores de corriente

continua y los motores de paso a paso.

Los actuadores hidráulicos

Se utilizan en robots de gran tamaño que requieran mayor velocidad para la

ejecución de tareas y una mayor resistencia mecánica para la manipulación de

cargas pesadas.

- 24 -

Los actuadores neumáticos

Son usados en aquellas aplicaciones que requieran solo dos estados, por ejemplo

en la apertura y el cierre de la pinza de un manipulador.

1.2.4.3 Servomotor

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

continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su

rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.

Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad

como en posición.

Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua

que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza,

velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

1.2.5 Aplicaciones Tecnológicas

Las aplicaciones nacen de alguna necesidad concreta de los usuarios, y se usan

para facilitar o permitir la ejecución de ciertas tareas en las que un analista o un

programador han detectado una cierta necesidad. Pero las aplicaciones también

pueden responder a necesidades lúdicas, además de laborales (todos los juegos,

por ejemplo, son considerados aplicaciones). Se suele decir que para cada

problema hay una solución, y en informática, para cada problema hay una

aplicación.

Las aplicaciones pueden ser desde pequeñísimos programas de apenas unas

líneas de código, hasta grandes obras de ingeniería informática, con miles de

horas de trabajo detrás. El tamaño, sin embargo, no define el éxito de una

aplicación, sino justamente que cubra las necesidades del usuario. La historia de

las aplicaciones está llena de miles de grandes aplicaciones que han sido

substituidas por otras a priori mucho menos elaboradas, simplemente porque eran

más rápidas, más intuitivas, más estables o cumplían mejor su función.

- 25 -

1.3 Valoración crítica de las distintas posiciones teorías sobre la robótica

Con la implementación del robot humanoide autómata programado se va a

contribuir al desarrollo tecnológico en el área de robótica dentro de la Universidad,

además de aportar con conocimientos adquiridos a los estudiantes de la

Universidad.

Es indispensable incluir esta rama en estudios superiores puesto que los países

desarrollados tiene estudios avanzados en robótica, y en Ecuador se debe

contribuir con conocimientos de este tipo para iniciar una nueva etapa tecnológica

avanzada y aun mas implementando en las instituciones educativas de nivel

superior el área de robótica.

El estudio en el área de la robótica se realiza para que la Universidad Uniandes se

forme como una Universidad dedicada a la investigación ya que los estudiantes

obtendrán conocimientos básicos y avanzados, induciéndolos así al manejo de

tecnologías actuales y al desarrollo de proyectos tecnológicos acordes a las

necesidades locales.

- 26 -

1.4 Conclusiones Parciales del Capítulo I.

Se concluye que:

Con el desarrollo de los temas y subtemas que abarca el marco teórico, se

consiguió fortalecer los conocimientos bajo los cuales va a estar fundamentada

la propuesta, a través de análisis y comparación de los conceptos citados.

El presente capítulo tiene que ver con los diferentes aspectos teóricos en el

que se ha definido y analizado los temas respectivos acerca de la robótica, la

electrónica, los mismos que son de vital importancia para la elaboración de la

propuesta de investigación.

La robótica es algo que ha venido avanzando con respecto de los años y que

se ha ido implementando más en la vida del ser humano, no tardará mucho

para llegar a ser una necesidad más que una herramienta, pues últimamente

su presencia ha sido esencial para el desarrollo óptimo de las empresas e

industrias.

En la actualidad la robótica es fundamental para las instituciones de nivel

superior, con el propósito de ofrecer a los estudiantes nuevos conocimientos

en tecnología, el cual les permita desarrollar e implementar dentro de la

institución.

- 27 -

CAPÍTULO II MARCO METODOLÓGICO.

2.1 Caracterización de la Universidad Regional Autónoma de los Andes

Uniandes extensión Tulcán.

La Universidad Uniandes extensión Tulcán se encuentra ubicada en el sector de

Santa Rosa de Taques sector sur.

Es una Institución autónoma de educación superior privada, tiene su matriz en la

ciudad de Ambato. La Universidad Uniandes tiene como visión ser reconocida a

nivel nacional e internacional por su calidad en educación.

La universidad está dedicada a brindar formación profesional a bachilleres a través

de diversas modalidades de estudio con tres facultades la facultad de medicina,

jurisprudencia y sistemas mercantiles con la modalidad presencial y

semipresencial, la extensión Uniandes Tulcán cuenta, ofrece las carreras de

enfermería, derecho, sistemas y contabilidad y auditoría, cuenta con

infraestructura acorde a las necesidades de los estudiantes como laboratorios

equipados con computadoras de última generación. Cuenta con un cuerpo

docente de alto nivel académico, capacitados para brindar una buena formación

profesional, acorde con los avances científicos y tecnológicos.

2.2 Descripción del procedimiento metodológico para el desarrollo de la

investigación

2.2.1 Modalidad de Investigación

La modalidad de la investigación que se utiliza para el desarrollo de la presente

tesis de grado, es de tipo mixto combina a los paradigmas cuantitativo y

cualitativo, que exponen las razones de su utilización a continuación.

El paradigma cuantitativo se lo utiliza por llevar a cabo una investigación de

campo, fundamentada en encuestas o entrevistas, las mismas que son aplicadas

a una muestra debidamente seleccionada de la población motivo de estudio, para

los cuales se tabulan los datos en forma numérica y se presentan en gráficas

- 28 -

estadísticos, estos instrumentos han sido aplicados en encuestas realizadas en la

carrera de Sistemas de Uniandes Tulcán, además del análisis estadístico de los

datos obtenidos.

En el Paradigma Cualitativo se presenta una orientación interpretativa de los

resultados y de la realidad, se lo emplea por la utilización de métodos teóricos de

investigación, los mismos que permiten el análisis de la información teórica

presentada en la tesis en el presente tema de investigación los datos adquiridos

en las encuestas se los interpreta como 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

adquirir estos conocimientos e impulse a la creación y programación de robots.

2.2.2 Tipos de Investigación.

Los tipos de investigación empleados para el desarrollo de este trabajo de grado

son:

2.2.2.1 Investigación Bibliográfica

En la investigación bibliográfica se desarrolla la elaboración del marco teórico, ya

que se encuentra sustentado por diversas fuentes de investigación bibliográfica

tales como libros, revistas e internet.

2.2.2.2 Investigación Aplicada

Esta investigación se la encuentra en el desarrollo del robot humanoide autómata

programado, ya que se aplicó los conocimientos adquiridos en el transcurso del

nivel académico.

2.2.2.3 Investigación Descriptiva.

Se realiza el desarrollo de la investigación Descriptiva para examinar las

características del problema, describir, analizar e interpretan los datos obtenidos,

en términos claros y precisos.

- 29 -

2.2.2.4 Investigación de Campo.

En la investigación de campo se realiza la aplicación de encuestas a la muestra

representativa de la población objeto de estudio, es decir a los estudiantes que se

encuentran interactuando de forma directa de la Carrera de Sistemas de

Uniandes Tulcán.

2.2.2.5 Investigación Correlacional.

En la investigación correccional se relaciona las variables utilizadas, lo cual será

muy útil cuando se realice análisis pertinentes para tener más claro el problema.

2.2.3 Métodos, técnicas e instrumentos de investigación

2.2.3.1 Métodos de Investigación.

Para una adecuada investigación de campo, que permita dar alternativas de

solución a las interrogantes planteadas para respaldar la idea a defender, se

aplicaron los Métodos Empíricos y Teóricos.

2.2.3.1.1 Métodos Empíricos

Es un modelo de investigación científica, que se basa en la experimentación y la

lógica empírica, que junto a la observación de fenómenos y su análisis estadístico,

es el más usado en el campo de las ciencias sociales y en las ciencias naturales.

Los métodos a utilizarse en la elaboración de la presente tesis son:

Observación Científica.

Porque es un elemento fundamental; en todo proceso investigativo, para obtener

el mayor número de información, observando la estructura, funcionamiento

clasificando y resumiendo los datos, ya que gran parte del conocimiento que

constituye la ciencia ha sido lograda mediante la observación.

- 30 -

Análisis Documental.

Este método es aplicable porque consiste en seleccionar las ideas

informativamente relevantes de un documento a fin de expresar su contenido sin

ambigüedades para recuperar la información en él contenida. Esta representación

puede ser utilizada para identificar el documento, para procurar los puntos de

acceso en la búsqueda de documentos, para indicar su contenido o para servir de

sustituto del documento.

Validación de Expertos

Consiste en validar el tema propuesto a través de una crítica profesional por

personas expertas al tema, con el fin de darle valía al tema.

2.2.3.1.2 Métodos Teóricos

A través de los métodos teóricos se logra descubrir la esencia del objeto

investigado y sus interrelaciones, ya que no se puede llegar a ella mediante la

percepción. Por ello se apoya básicamente en los procesos de abstracción,

análisis, síntesis, inducción y deducción. Entre los métodos teóricos que se

destacan en la realización de la presente tesis son:

Método Histórico – Lógico.

Se va a utilizar este método en la presente tesis porque el método histórico real

es reflejado en forma mediatizada con toda su objetividad, complejidad y

contradicciones. El pensamiento a través de lo lógico refleja lo histórico en forma

esencial, con lo que reproduce la esencia del objeto y la historia de su desarrollo

en un sistema de abstracciones. Lo histórico, con referencia a lo lógico, es lo

primario; la lógica refleja los momentos y consideraciones fundamentales de la

historia.

Método Analítico – Sintético

Este método implica el análisis y la síntesis, es decir la separación de un todo en

sus partes o en sus elementos constitutivos, y la segunda implicando la unión de

- 31 -

elementos para formar un todo. En la tesis de grado optaremos por descomponer

y distinguir los elementos de un todo y revisar ordenadamente cada uno de ellos

por separado para descubrir los distintos elementos que lo componen como las

causas y los efectos.

Método Inductivo – Deductivo

En términos muy generales, consiste en establecer enunciados universales ciertos

a partir de la experiencia, esto es, ascender lógicamente a través del conocimiento

científico, desde la observación de los fenómenos o hechos de la realidad la ley

universal que los contiene. Es por eso que este método será utilizable en la tesis,

porque parte de un marco general de referencia y se va hacia un caso en

particular.

2.2.3.1.3 Método Sistémico

Es importante utilizar este método en la tesis porque permite relacionar hechos

aparentemente aislados y se formula una teoría que unifica los diversos

elementos.

2.2.4 Metodología de Desarrollo de la Robótica.

La metodología de desarrollo de la robótica a emplear es la orientada a

automatización y control, la misma que tiene las siguientes fases o etapas:

Análisis Orientado a procesos autómatas

Porque es una metodología de análisis que examina los requisitos desde la

perspectiva de tener la capacidad de implementar un agente no vivo, que se

encuentran en el vocabulario del dominio del problema. El Análisis orientado a

procesos autómatas ofrece un enfoque muy tecnológico para el análisis de

requisitos de sistemas robots, ya que mediante estos se pueden analizar procesos

robóticos mediante 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.

- 32 -

Diseño de procesos robóticos

Se utilizará esta metodología ya que permite manipular la actividad de concepción,

creación y puesta en funcionamiento, con fines industriales y pedagógicos, de

objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas muy fieles y significativas

de los procesos y herramientas robóticos que son usados cotidianamente, sobre

todo, en el medio actual.

Diseño de sistemas robots

Es importante utilizar este tipo de sistemas en la presente tesis ya que son un

sistema electromecánico, dotado de sensores y actuadores para realizar

actividades de tipo industrial, con un sistema de control y capacidad de decisión

que le permite realizar tareas automáticas o autónomas, dependiendo de su grado

de versatilidad y complejidad.

Construcción del Robot

Permite documentar la construcción del robot humanoide e incluir los comentarios

que expliquen tanto cómo y por qué se utilizó cierto procedimiento conforme se

codifico de cierta forma. La documentación es esencial para poder realizar

prácticas con el robot y el mantenimiento una vez que la aplicación se ha puesto

en marcha.

Pruebas

El objetivo principal es ejercitar profundamente el sistema autómata, comprobando

la integración del funcionamiento del robot humanoide globalmente, verificando el

funcionamiento correcto de las interfaces entre los distintos procesos que lo

componen y con el resto de sistemas con los que se comunica.

- 33 -

2.2.5 Técnicas de investigación.

2.2.5.1 Encuesta

Fue aplicada con la finalidad de obtener datos estadísticos relacionados a los

diferentes aspectos tratados. Con la aplicación de esta técnica se obtuvo diversos

puntos de vista que aportaron las personas entendidas en la materia que hemos

tratado en el presente trabajo investigativo.

2.2 Instrumentos de Investigación.

2.2.6.1 Cuestionario.

Este instrumento de la encuesta permitió obtener información oportuna y

necesaria como elemento justificativo para el propósito de la presente

investigación, la cual se obtuvo gracias a la colaboración de los estudiantes de la

Carrera de Sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los Andes Uniandes

extensión Tulcán.

2.2.7 Población y Muestra

2.2.7.1 Población.

Al realizar las encuestas a los estudiantes de la Universidad, se trata de

investigación de campo.

Para el desarrollo del presente trabajo de investigación la población total o

universo está definido por 33 estudiantes de la Carrera de Sistemas de la

Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán, de los cuales son:

ESTUDIANTES Nro.

Sistemas III 12

Sistemas VII 11

Sistemas IX 10

Total 33

Tabla nº 01

Fuente: Secretaría Uniandes Tulcán

Elaborado por: Jhonny Bolaños

- 34 -

2.2.7.2 Muestra

Para la presente investigación se trabaja con toda la población, es decir, los 33

estudiantes de la carrera de sistemas de la Universidad Regional Autónoma de los

Andes de la Extensión Tulcán.

2.2.8 Interpretación de resultados de las Encuestas Aplicadas

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

Uniandes extensión Tulcán.

PREGUNTA Nº 01: ¿Usted como estudiante de la carrera de sistemas en la

universidad tiene conocimientos que se han desarrollado proyectos de robótica?

Obteniendo los siguientes resultados

INDICADOR FRECUENCIA PORCENTAJE

SI 9 27%

NO 24 73%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 02

Fuente: Encuesta aplicada a estudiantes de Uniandes Tulcán de la carrera se sistemas


Análisis e Interpretación de Resultados.

La mayoría de los estudiantes de la Carrera de Sistemas no conocen sobre el

desarrollo de proyectos orientados a la robótica en la Universidad, por lo tanto es

indispensable iniciar con un estudio profundo en la cátedra de Robótica para que

los estudiantes se interesen en investigar temas de robótica.

En la biblioteca de la Universidad regional Autónoma de los Andes sede Tulcán

existen temas relacionados a robótica e implementación del mismo los mismos

temas que han sido elaborados recientemente, por lo que los estudiantes no

tienen referencias de como armar y programar robots.

- 35 -

PREGUNTA Nº 02: ¿Usted está de acuerdo que en la Universidad Uniandes

extensión Tulcán se implemente un laboratorio de Robótica?


SI 33 100%

NO 0 0%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 03




Es indispensable crear un laboratorio de Robótica para que los estudiantes

obtengan conocimientos de la cátedra y realicen nuevos proyectos orientados a la

robótica, con la creación del laboratorio la materia de inteligencia artificial no

quedaría solo en teoría, pues se realizaría prácticas que ayudarían a los

estudiantes a comprender mejor el funcionamiento de partes indispensables de un

robot, como sensores, servomotores y la programación de robots.

PREGUNTA Nº 03: ¿Usted como estudiante de Uniandes ha participado en algún

proyecto dirigido a robótica?


SI 0 0%

NO 33 100%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 04



- 36 -


La totalidad de los estudiantes de la Carrera de Sistemas no han participado en

el desarrollo de proyectos orientados a la robótica en la Universidad ni fuera de

ella, por lo tanto mediante la implementación del robot tendrán conocimientos y

los estudiantes tendrán interés en investigar temas de robótica.

PREGUNTA Nº 04: ¿Usted cómo califica la enseñanza de la materia de robótica

en la universidad Uniandes extensión Tulcán?


EXECELENTE 1 3%

MUY BUENO 7 21%

BUENO 10 30%

REGULAR 15 45%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 05




La mayoría de estudiantes encuestados dicen que la enseñanza de la Robótica es

regular debido a la falta de un laboratorio de robótica por lo tanto se debe aplicar

un plan de mejoras en la cátedra. Observamos que existe un gran

pronunciamiento por parte de los estudiantes que debería existir más

preocupación por parte de las autoridades para incentivar en el estudio de temas

referentes a robótica y electrónica.

- 37 -

PREGUNTA Nº 05: ¿Usted como estudiante de sistemas le gustaría diseñar y

programar sus propios Robots en la asignatura de Robótica?


SI 30 90%

NO 3 10%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 06




A los estudiantes de la Carrera de Sistemas les gustaría diseñar robots por lo

tanto se debe implementar un laboratorio de Robótica equipado y el personal

docente debe actualizar sus conocimientos para así preparar y guiar a los

estudiantes en temas de electrónica y robótica, los estudiantes están interesados

en que se apique una cátedra de robótica y con la implementación de un

laboratorio podrán construir y programar pequeños robots, lastimosamente en la

Universidad se brinda la cátedra de programación pero no orientado a robótica.

PREGUNTA Nº 06: ¿Usted considera que en la construcción y programación de

los robots los estudiantes ponen en práctica sus conocimientos adquiridos?


SI 29 87%

NO 4 13%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 07



- 38 -


La mayoría de estudiantes de la universidad Uniandes extensión Tulcán están de

acuerdo en que la construcción de robots pone en práctica los conocimientos

adquiridos durante el tiempo de estudio los estudiantes están interesados en que

se aplique una cátedra de robótica y con la implementación de un laboratorio

podrán construir y programar pequeños robots.

PREGUNTA Nº 07: ¿Según su criterio la implementación de un robot humanoide

en la Universidad Uniandes extensión Tulcán seria?


Oportuno 29 88%

Poco Oportuno 3 9%

Nada Oportuno 1 3%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 08




Para los estudiantes de sistemas de la universidad Uniandes la implementación de

un robot humanoide es de mucha importancia ya que podrán adquirir

conocimientos del funcionamiento de cada una de sus partes y con esto podrán

fomentar sus conocimientos en robótica

- 39 -

2.3 Conclusiones Parciales del Capítulo II.

El presente capítulo contiene la descripción del procedimiento metodológico

para el desarrollo de la investigación, en el cual se describe las aplicaciones

del tipo de investigación así como los diferentes métodos, técnicas e

instrumentos aplicadas en el desarrollo del presente trabajo, los cuales son de

gran importancia para la elaboración del diagnóstico y la propuesta de

investigación.

Existe la necesidad de que se implemente un laboratorio de robótica para que

los estudiantes de la universidad Uniandes extensión Tulcán puedan poner en

práctica los conocimientos sobre electrónica y robótica y puedan con ello

desarrollar robots.

Se puede concluir que de conformidad a los resultados obtenidos en la

aplicación de la encuesta la mayor parte de los estudiantes de la Universidad

“Uniandes” Tulcán, tienen interés en obtener conocimientos acerca de la

robótica.

- 40 -

CAPÍTULO III DESARROLLO DE LA PROPUESTA

3.1. Título de la Propuesta.

Robot Humanoide autómata programado para Uniandes Tulcán.

3.2 Antecedentes de la Propuesta

En esta investigación se desarrolla un robot humanoide, el mismo que para

desplazarse dispondrá de una plataforma dotada de sistemas complejos de

control, donde será capaz de caminar, y realizar movimientos respondiendo a

ordenes sensoriales de un administrador, lo que quiere decir que también

reaccionará a estímulos, eventos inesperados que puedan ocurrir como evitar

obstáculos y caídas inesperadas, la comunicación con el administrador será

tratada por el dispositivo software y hardware de control.

La construcción y programación de un robot humanoide es combinar tecnologías

robóticas dado que integra una computadora, sistemas sensoriales y motores de

articulación para hacer posible que un conjunto de hardware y software, puedan

tratarse como si fuera un compañero interactivo.

Es indudable que se han desarrollado soluciones de automatización y control en

las que utilizar técnicas de inteligencia artificial aporta beneficios a la humanidad

una de las formas en que más se visualiza la automatización, es en la utilización

de robots para la realización de actividades que van desde sencillas a complejas,

las mismas que antes sólo el ser humano podía llevar a cabo.

- 41 -

3.3. Objetivos

3.3.1. Objetivo General

Optimizar el desarrollo de aplicaciones tecnológicas de Uniandes Tulcán, por

medio de un robot humanoide autómata programado.

3.3.2. Objetivos Específicos

Analizar el sistema electrónico que se encarga de controlar el robot de manera

autónoma.

Realizar el sistema sensorial en base a la información del medio en el cual se

implementará.

Diseñar un robot humanoide autómata programado con dispositivos

electrónicos orientados a la robótica.

Programar el robot humanoide mediante el software orientado al control de

dispositivos robóticos.

Realizar las pruebas de funcionamiento, acordes a las acciones que realiza el

robot.

3.4. Caracterización de la Propuesta

La propuesta está orientada a la implementación de un robot humanoide autómata

programado que contribuya en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas de

Uniandes Tulcán.

La presente investigación se basa en desarrollar y programar una plataforma

robótica, que pueda ser capaz de realizar actividades a través de la inteligencia

artificial aplicando robótica, para ello se realizará el ensamblaje de un robot

humanoide el cual pueda detectar obstáculos, enviar por medio del receptor la

información capturada a la aplicación, para su posterior procesamiento y ejecución

de la actividad.

La finalidad de esta propuesta es mejorar esta área en la carrera de Sistemas de

la Universidad con el propósito de que esta aplicación informática y todos los

- 42 -

dispositivos físicos y equipos necesarios para su funcionamiento se desarrollen y

se implementen en beneficio de estudiantes, docentes y la comunidad.

De esta manera se cumple con uno de los propósitos principales de la carrera de

Sistemas, el cual es innovar tecnológicamente e investigar soluciones y

alternativas que aplicadas al medio educativo, solucionen problemas con ideas

prácticas.

En definitiva la realización de la propuesta conlleva a promover que en el futuro

otras generaciones de estudiantes se motiven y estén dispuestos a incursionar en

el campo de la robótica, logrando de esta manera que la Universidad en sus áreas

de enseñanza técnica se afiance aún más.

3.5. Planteamiento detallado de la Propuesta.

3.5.1. Descripción del Sistema Actual.

Problema Requerimiento

Falta de Investigación y recursos

tecnológicos

Conocimiento más profundo de nuevas

tecnologías actuales.

Mínimos Conocimientos sobre

robótica

Profundizar más sobre el tema de la

Robótica.

Pocas actividades en el desarrollo

de robótica

Ensamblar dispositivos aplicando

conocimientos de robótica dentro de la

Universidad.

Tabla Nº 09

Fuente: Investigación De Campo


- 43 -

3.6. Diseño.

3.6.1 Diagrama de requerimientos de la propuesta.

NO

SI

Fin

Inicio

Verificación de materiales

Ensamblado del Robot

Diseño del software

Programación del cerebro

Pruebas

Cumple

Repetir

- 44 -

3.6.2. Estructura General del Robot.

El diseño del robot humanoide está compuesto de los siguientes elementos:

Cerebro Principal del Robot

Este cerebro es de modelo EV3, que contiene 8 puertos en los cuales van

conectados los diferentes sensores, así como también los servomotores para que

de esta manera puedan transmitir la información necesaria al cerebro y así

procese la información requerida y permita que el robot realice los respectivos

movimientos.

Gráfico Nº 01

Fuente: http://www.xataka.com/robotica/lego-mindstorms-ev3


Una vez que se conoce el tipo de cerebro que está encargado de guardar y

procesar las líneas de comandos programadas; se procede a ensamblarlo como

se observa en el imagen anterior, donde se puede ver cómo está incorporado en

el robot; el cerebro controla todos los movimientos ejecutados por los programas

guardados en el mismo.

- 45 -

Sensor de infrarrojos

Este sensor detecta objetos cercanos y movimientos; si comparamos este sensor

con los sentidos humanos, equivale a los ojos del robot.

Gráfico Nº 02

Fuente: Fotografía realizada del sensor de infrarrojo


Una vez conocido este tipo de sensor se procede a armarlo con todas las piezas

necesarias para que se vea como la cabeza del robot.

Sensor de color RGB

Este sensor permite reconocer diferentes colores y mediante el reconocimiento

ejecutar una instrucción determinada.

Gráfico Nº 3

Fuente: fotografía realizada al sensor de color


46

Sensor de Contacto

Este sensor permite realizar la ejecución de una instrucción determinada mediante

el contacto o choque con el medio ambiente.

Gráfico Nº 4

Fuente: fotografía realizada al sensor de contacto


Servomotores

Los servomotores permiten la movilidad del robot; es decir, el robot tendrá

movimiento y podrá desplazarse, ya que son una de las partes fundamentales

para que el robot tenga movilidad.

Gráfico Nº 5

Fuente: fotografía realizada a los servomotores que conforman el robot


47

Estos servomotores permiten la movilidad de los pies y de los brazos los cuales

están conectados mediante los respectivos cables de conexión al cerebro principal

para ejecutar las respectivas instrucciones programadas.

Piezas de conexión para los brazos

Gráfico Nº 6

Fuente: fotografía realizada a las conexiones de los brazos del robot


Estas piezas permiten la conexión de cada una de las extremidades del robot, así

como el ajuste necesario de cada uno de sus accesorios.

Articulaciones para movimiento

Estas piezas son muy pequeñas pero de vital importancia ya que permiten

conectar y ajustar todas las partes del robot y a la vez le dan movilidad.

Gráfico Nº 7

Fuente: fotografía realizada a las articulaciones de movimiento


48

Gráfico Nº 8

Fuente: fotografía realizada a las piezas para uniones del robot


Cables de conexión del cerebro principal

Mediante los cables se conectarán los servomotores y sensores con el cerebro

central del robot el cual es el encargado de controlar el dispositivo.

Gráfico Nº 9

Fuente: fotografía realizada a los cables de conexión


49

Finalmente se procede a ensamblar todas las partes del robot.

Gráfico Nº 10

Fuente: fotografía realizada al robot


50

3.7 Implementación

Una vez realizado el robot se procede a programarlo para lo cual se utiliza el

software llamado Lego Mindstorms EV3, que se encarga de controlar el cerebro

para realizar las diferentes ejecuciones de los comandos para que el cerebro las

pueda ejecutar mediante los sensores instalados en el robot.

A continuación se procede a explicar cómo funciona el software parte por parte,

para ver cómo se ejecutan las secuencias de comandos programados para los

respectivos movimientos del robot.

En el siguiente gráfico se indica la manera dinámica de interactuar con el

programa.

Gráfico Nº 11

Fuente: captura de pantalla al software de programación


51

A continuación se muestra la barra de herramientas presente en el software EV3.

Gráfico Nº 12



Aquí se pueden destacar la barra de herramientas del programa y la ventana de

programas conjuntamente con las herramientas del lenguaje G.

3.7.1. Herramientas de Acción.

En esta barra se muestran todas las opciones de movimiento de servo motores y

su respectiva configuración.

Gráfico Nº 13



3.7.2 Herramientas de Control de Flujo.

Se muestran todas las herramientas de repetición como la de case, while, repeat,

etc.

52

Gráfico Nº 14



3.7.3. Sensores.

Se muestran las herramientas que permiten controlar los diferentes sensores del

robot, como son: sensor de luz, sensor de color, sensor de contacto, sensor de

ultrasonidos, sensor infrarrojo, etc.

Gráfico Nº 15



3.7.4. Herramientas para Operaciones con Datos

Se muestran todas las herramientas para realizar las diferentes operaciones en

donde intervienen datos.

53

Gráfico Nº 16



3.7.5. Herramientas de Control Avanzado.

Se muestran las herramientas para procesos avanzados, como son: control

mediante Bluetooth, WiFi, Infrarrojos, etc.

Gráfico Nº 17



En la siguiente imagen se muestra el gráfico del programa que permite trabajar

con el sensor de color y los servos motores en un ejemplo de seguidor de línea.

54

Gráfico Nº 18



3.8 Pruebas

Después del análisis del robot humanoide y el software con el que se va a

manipular el mismo se procede a realizar las pruebas con los debidos sensores.

3.8.1. Primera Prueba – Sensor de Luz

Para esto se utilizó el sensor de luz, el cual detecta colores y se programa con los

servomotores en un ciclo repetitivo infinito el cual permite el movimiento del robot

humanoide, para el movimiento según colores como por ejemplo moverse en línea

recta, girar o detenerse.

55

Resultados

Terminada la prueba se obtuvo el resultado esperado y programado mediante el

software, comprobando así el correcto funcionamiento del robot humanoide con el

software.

Gráfico Nº 19

Fuente: Fotografía realizada al robot funcionando


En el siguiente gráfico se observa como el robot humanoide procede a moverse

según detecte un color.

3.8.2 Segunda Prueba – Sensor de infrarrojos y ultrasónico

En esta prueba utilizamos el sensor ultrasónico, el cual detecta objetos que se

encuentran en el entorno del robot para que se mueva hacia ellos, los coja y los

transporte según la programación que se le asigne.

Resultados

Terminada esta prueba se obtuvo el resultado esperado, el robot humanoide,

realiza con éxito los movimientos esperados sin encontrar error alguno.

56

Gráfico Nº 20

Fuente: Fotografía realizada al robot funcionando


3.9. Validación de la Propuesta.

La validación de la propuesta se realizó mediante la vía de expertos, los cuales

son Ingenieros en el área de Sistemas, a los cuales se les pidió revisar cómo está

estructurado el robot, así como la programación del mismo, realizando pruebas del

software las mismas que fueron enviadas al cerebro del robot para ser ejecutadas

en presencia de los expertos, obteniendo los resultados propuestos y constatando

así el correcto funcionamiento del robot. Posteriormente se pidió a cada uno de los

expertos llenar la ficha de validación de la propuesta en la cual constan aspectos

del robot, las mismas que fueron llenadas a criterio de cada uno de ellos.

57

Validador 1.

Nº de cédula: 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: 4 años.

Experiencia profesional: 7 años

Validador 2.


Nombres y Apellidos: Daniel Paúl Rodríguez Guzmán.

Título de mayor jerarquía: Ingeniero en Sistemas Mercantiles.

Institución que labora: Uniandes - Tulcán

Cargo Actual: Asistente de Telemática.


Experiencia profesional: 2 años 6 meses.

Validador 3.


Nombres y Apellidos: Leonardo Patricio Quilismal Duarte.

Título de mayor jerarquía: Ingeniero en Sistemas e Informática.

Institución que labora: NETCOM

Cargo Actual: Gerente-Administrador.


Experiencia profesional: 6 años.

58

Una vez realizado las respectivas validaciones mediante expertos de Sistemas se

obtuvieron los siguientes resultados.

En el primer indicador de la calidad se preguntó por el carácter científico del

desarrollo de un robot humanoide que simule movimientos humanos para

contribuir con el desarrollo de la investigación tecnológica en el área de robótica

de la Uniandes - Tulcán; obteniendo los siguientes resultados.

Tabla Nº 10



Interpretación de Resultados

De acuerdo a la encuesta realizada a las personas profesionales y expertas en el

área de sistemas, concuerdan que el rigor aplicado al control de calidad de

información tiene métodos científicos detallados, exigentes y fiables. Además

cuentan con conocimientos, experiencia y calificación en la investigación del tema.

En el segundo indicador de la calidad se preguntó por la estructura metodológica

del desarrollo de un robot humanoide que simule movimientos humanos para


de la Uniandes - Tulcán; obteniendo los siguientes resultados:

Expertos de Sistemas

Valoración Número Porcentaje

Muy Satisfactorio 3 100%

Satisfactorio 0 0%

Poco satisfactorio 0 0%

No satisfactorio 0 0%

Total 3 100%

59

Tabla Nº 11




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

En el tercer indicador de la calidad se preguntó por la organización de la temática

del desarrollo de un robot humanoide que simule movimientos humanos para


de la Uniandes - Tulcán; obteniendo los siguientes resultados:

Tabla Nº 12





Muy Satisfactorio 0 o%

Satisfactorio 3 100%



Total 3 100%




Satisfactorio 0 0%



Total 3 100%

60


De acuerdo a los resultados alcanzados las personas con conocimiento en la

robótica coinciden que el presente trabajo cuenta con un proceso eficaz y

eficiente, con el fin de alcanzar un robot autómata de calidad.

En el cuarto indicador de la calidad se preguntó por la viabilidad para la aplicación

práctica del desarrollo de un robot humanoide que simule movimientos humanos

para contribuir con el desarrollo de la investigación tecnológica en el área de

robótica de la Uniandes - Tulcán; obteniendo los siguientes resultados:

Tabla Nº 13




De acuerdo con la encuesta realizada a los diferentes expertos en el tema,

concuerdan que la información obtenida mediante la investigación, se determina

que la elaboración del robot autómata es viable, ya que la institución se encuentra

en bajos conocimientos en el área de la robótica, por lo que debe mejorar la

calidad vital de la institución mediante la implementación de un laboratorio robótico

y electrónico.




Satisfactorio 0 0%



Total 3 100%

61

En el quinto indicador de la calidad se preguntó por la actualidad del desarrollo de

un robot humanoide que simule movimientos humanos para contribuir con el

desarrollo de la investigación tecnológica en el área de robótica de la Uniandes -

Tulcán; obteniendo los siguientes resultados:

Tabla Nº 14




De acuerdo a las personas profesionales en el área de sistemas con

conocimientos en el área de la robótica, concuerdan que la elaboración de este

robot es de vital importancia para la institución, ya que les va a permitir obtener

una herramienta de calidad, el cual va hacer utilizado para incentivar a los

estudiantes de la carrera de sistemas en el desarrollo de nuevos robots, en el cual

desarrollaran la creatividad que tienen los estudiantes.




Satisfactorio 0 0%



Total 3 100%

62

3.6. Conclusiones Parciales del Capítulo III.

Es necesario conocer el correcto funcionamiento del software con el que se va

a manipular el robot, ya que cualquier error puede dañar los circuitos internos

del cerebro o sensores, por tal motivo primero se debe conocer bien el

software para luego proceder a programarlo.

Para el ensamblado del robot humanoide es necesario conocer sobre cada una

de las piezas existentes para poder realizar de una forma correcta la

construcción del mismo, ya que si no se conoce el correcto uso de las piezas

puede generar errores en el movimiento, así como posibles fallas internas del

robot.

Se realizó las metodologías de investigación y la metodología de construcción

y diseño de robots autónomos y se constató su validez experimental con lo que

se concluye que la actual propuesta es válida para aplicarse como

complemento de la enseñanza de robótica en Uniandes extensión Tulcán

Los resultados obtenidos del funcionamiento del robot humanoide mediante la

manipulación del software son los esperados, viendo así el correcto

funcionamiento del mismo con sus respectivos sensores y motores puestos en

funcionamiento.

63

Conclusiones Generales

El propósito principal del presente tema investigativo consiste despertar interés

en desarrollar temas de investigación; utilizando esta plataforma robótica robusta

y accesible a cualquier entorno, puesto que se ha desarrollado un robot

humanoide que cumple con todos los objetivos planteados. De tal forma que esta

plataforma es lo más fácil y atractiva para el usuario de manipular, mediante

controles mecánicos, electrónicos, dispositivos móviles y de software. El

producto final presentado es una plataforma con distintas formas de control

inalámbrico y de aplicaciones variadas para el usuario.

Se utilizó una plataforma potente y asequible desarrollada por la empresa Lego

en la construcción del robot humanoide, comprobando satisfactoriamente el

control del robot para que cumpla con éxito los diferentes movimientos deseados.

Las características y la interfaz gráfica que posee permiten ordenar al robot

ciertos movimientos de manera fácil y eficiente las mismas que son grabadas en

la memoria interna del módulo.

Con la implementación del robot humanoide se trata de concientizar a las

autoridades de la universidad en brindar los medios necesarios para el estudio

de la electrónica y la robótica, con la necesidad de preparar a los estudiantes

para desempeñar funciones en una sociedad cada vez más tecnológica por lo

que se hace necesario nuevas competencias y habilidades para enfrentar las

exigencias y necesidades de la sociedad actual.

Luego de validar por la vía de expertos es necesario que los estudiantes

desarrollen proyectos tecnológicos programando dispositivos que simulen

situaciones reales de la vida cotidiana, su uso contribuye a integrar de manera

experimental creaciones propias en el mundo de la robótica, la tecnología y la

electrónica.

64

Recomendaciones

Para el diseño del robot humanoide los estudiantes deben tener en cuenta

todos los elementos que se dispone con el fin de evitar cambios repentinos por

falta de ciertas piezas o dispositivos.

En el ensamblaje o armazón de la estructura del robot se debe tomar en

cuenta las características del material a utilizar verificando que sea

manipulable, liviano y asegurándose que tenga un peso acorde a las

dimensiones y características de los servomotores.

La aplicación y uso de la robótica en la carrera de Ingeniería en Sistemas de

las Universidades del país, les permite que esta área se conviertan en

generadora de procesos productivos de enseñanza aprendizaje, mediante el

uso intensivo de las nuevas herramientas tecnológicas como estrategia

tecnológica didáctica, por lo expuesto anteriormente se considera

indispensable que se implemente un laboratorio en esta área con la finalidad

de que los estudiantes puedan realizar temas y proyectos de investigación

referentes a robótica y electrónica.

Dentro de la malla curricular se deben incluir materias que propongan

completamente la programación robótica y el ensamblaje de prototipos de

robots, como estímulo para fomentar nuevos conocimientos y habilidades en

estudiantes de la carrera de Ingeniería en Sistemas.

65

BIBLIOGRAFÍA

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Angulo, Usategui, J.M. & Romero Yesa, S. & Angulo Martínez, I. (2005),

Introducción a la Robótica: Principios técnicos, construcción y programación de

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Benítez, Antonio, (2013), Fundamentos de Inteligencia Artificial 3, España.

Colimba, Emma, (2013), Avances Tecnológicos Informáticos,

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66

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Serna, Antonio, (2013), guía práctica de sensores, México.

Serna, Antonio, &, Ros, Francisco, &, Rico, Juan, (2010), Guía práctica de

Sensores, España

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http://www.ni.com/labview/esa/

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Wikipedia, Jimmy Wales. (2010), Tres leyes de la robótica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Tres_leyes_de_la_rob%C3%B3tica#La_ley_cero

Wikipedia, Jimmy Wales. Lego Mindstorms. (2011),

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

ANEXOS

TABLA DE ANEXOS

Anexo Nº01: Carta De Aprobación De Tesis

Anexo Nº02: Formulario De Encuesta

Anexo Nº03: Ficha De Validación

Anexo Nº04: Manual De Usuario

Anexo Nº05: Manual Técnico

Anexo Nº06: Fotografías

Anexo Nº07: Artículo Cientifico

ANEXO Nº01: CARTA DE APROBACIÓN DE TESIS

ANEXO Nº02: FORMULARIO DE ENCUESTA


“UNIANDES”

FACULTAD DE SISTEMAS MERCANTILES

CARRERA DE SITEMAS INFORMÁTICOS.

Participantes: Estudiantes de la carrera de Sistemas de la Universidad Uniandes,

sede Tulcán.

Encuestador: Bolaños Benavides Jhonny Fernando 040164474-5

Objetivo: Recopilar Información necesaria para analizar y justificar el presente

tema de tesis.

1. ¿Usted como estudiante de la carrera de sistemas en la universidad tiene

conocimientos que se han desarrollado proyectos de robótica?

o SI

o NO

.

2. ¿Usted está de acuerdo que en la Universidad Uniandes extensión Tulcán

se implemente un laboratorio de Robótica?

o Sí.

o No.

3. ¿Usted como estudiante de Uniandes ha participado en algún proyecto

dirigido a robótica?

o Sí.

o No.

4. ¿Usted cómo califica la enseñanza de la materia de robótica en la

universidad Uniandes extensión Tulcán?

o Excelente

o Muy Bueno

o Bueno

o Regular

5. ¿Usted como estudiante de sistemas le gustaría diseñar y programar sus

propios Robots en la asignatura de Robótica?

o SI

o NO

6. : ¿Usted considera que en la construcción y programación de los robots los

estudiantes ponen en práctica sus conocimientos adquiridos?

o SI

o NO

7. : ¿Según su criterio la implementación de un robot humanoide en la

Universidad Uniandes extensión Tulcán seria?

o Oportuno

o Poco oportuno

o Nada oportuno

ANEXO Nº04: SOLICITUD DE VALIDACIÓN


“UNIANDES”

FACULDAD DE SISTEMAS MERCANTILES.

CARRERA DE SISTEMAS INFORMÁTICOS.

Ing. 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 un Robot Humanoide autómata

programado para contribuir al desarrollo de aplicaciones tecnológicas en

Uniandes Tulcán. Por su gentil colaboración con la presente, anticipo mis sinceros

agradecimientos.

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

Atentamente

Jhonny Bolaños

C.I Nº: 040164474-5


“UNIANDES”



Ing. Daniel Rodríguez

Asistente de Telemática

Presente.






agradecimientos.

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

Atentamente

Jhonny Bolaños

C.I Nº: 040164474-5


“UNIANDES”



Ing. Patricio Quilismal

Gerente NETCOM

Presente.






agradecimientos.

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

Atentamente

Jhonny Bolaños

C.I Nº: 040164474-5

ANEXO Nº05: FICHA DE VALIDACIÓN


“UNIANDES”



Ficha de validación de un Robot Humanoide autómata programado para contribuir

al desarrollo de aplicaciones tecnológicas en Uniandes Tulcán.

A las personas seleccionadas se les considera expertos en

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

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 Nº06: MANUAL DE USUARIO

Manual de Usuario

En el presente proyecto se ha utilizado el software de EV3 que presenta una

plataforma grafica de LabView y funciona con el lenguaje G de programación, el

cual es el encargado de controlar el cerebro del dispositivo para realizar las

diferentes ejecuciones de los comandos para su actuación mediante los sensores

instalados en el robot humanoide autómata programado.

Gráfico Nº 21

Descripcion: sensores que componen el robot


Sensor de contacto.

Sensor infrarrojo.

Sensor de color.

El prototipo que se ha construido en un robot humanoide que presenta las

siguientes funciones motrices:

Moverse en todas las direcciones mediante orugas

Diferenciar entre diversos colores

Reconocer obstáculos

Gráfico Nº 22

Descripcion: motor de movimientos


Estas funciones motrices se realizaron con el objetivo de que el robot humanoide

diferencie objetos, actúe según la diferenciación de colores y mueva su brazo

mediante el contacto del medio ambiente.

La forma de guiar el robot humanoide es mediante la codificación del software en

lenguaje G de LabView, o mediante bluetooth con la ayuda de un dispositivo

Smart Device; es decir, que el usuario puede manipular a su gusto los

movimientos del robot humanoide.

Mediante el software de control del dispositivo Smart Device el usuario puede

controlar los diferentes movimientos del robot humanoide, y mediante el sensor de

luz, infrarrojos y de contacto, el robot puede realizar las siguientes acciones:

Movimiento del robot hacia cualquier dirección.

Detección de los diferentes colores para realizar una acción.

De esta forma el robot humanoide puede cumplir diferentes tareas que el usuario

desee mediante el lenguaje de programación EV3-G.

Gráfico Nº 23

Descripcion: Robot completamente armado


Diagramas de programación EV3-GEl ladrillo o cerebro controlador del robot

humanoide 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, ultrasónico y de contacto.

En la configuración del robot humanoide se configura los puertos B, C para los

servomotores grandes, el puerto A para el servomotor pequeño, el puerto 2 para el

sensor ultrasónico y el puerto 4 para el sensor de color y el puerto 3 para el sensor

de contacto.

Diagrama inicial de configuración del robot

Gráfico Nº 24

Descripcion: bloque de Inicio de acciones


El diagrama indica que cuando el sistema inicia, todos los servomotores se

encuentran detenidos y los sensores no captan ningún valor externo.

Pantalla principal del software para la programación del robot.

Gráfico Nº 25

Descripcion: Insertando bloques de acciones


Para la respectiva programación del robot tenemos que partir añadiendo al

proyecto una acción que realizara el robot, para ello arrastramos a la pantalla

principal el motor que deseamos que se active para luego programarlo de acuerdo

al tiempo o a los grados que se requieran.

Diagrama de configuración de los servos motores de los puertos B y C

Gráfico Nº 26

Descripcion: Insertando movimientos al motor grande


El diagrama muestra la configuración de los servos motores grandes que se

encuentran conectados en los puertos B y C para que el robot se mueva hacia

delante, hacia atrás o para girar en cualquier dirección.

Gráfico Nº 27

Descripcion: Insertando movimiento al servomotor pequeño


Este diagrama muestra la configuración del servo motor pequeño el cual se

encarga de hacer mover el brazo con el fin de quitar objetos cercanos.

Diagrama de configuración del sensor de color

Gráfico Nº 28

Descripcion: Insertando sensor de color


El diagrama muestra la configuración del sensor de color conectado en el puerto

Nro. 4 el cual se encarga de controlar los motores B y C los cuales le dan el

movimiento al robot humanoide; el sensor de color se encarga de diferenciar entre

los diferentes colores para usar el robot en ciertas tareas que el usuario proponga.

La configuración el sensor se encarga de diferenciar entre los diferentes colores;

entonces con la verificación de cada color, el dispositivo realizará diversas

acciones.

Diagrama de configuración del sensor ultrasónico

El diagrama muestra la configuración del sensor ultrasónico conectado en el

puerto Nro. 2 el cual hace las veces de la vista en el ser humano y se encarga

buscar objetos para establecer la dirección de movimiento del robot humanoide.

Gráfico Nº 29

Fuente: Insertando sensor infrarrojo


Diagrama General de configuración del robot humanoide mediante el sensor

de color.

Gráfico Nº 30

Descripcion: Insertando sensores y motores


El diagrama muestra la configuración del robot humanoide, el cual funciona

de la siguiente manera:

Cuando el programa inicia activa los servomotores grandes para que el

robot se mueva haciendo un giro.

Cuando el robot detecta la presencia de un color actúa según el color.

Si es un color rojo girará a la izquierda, si el color es azul girará a la

derecha, si el color es blanco se moverá hacia delante, si el color es negro

se moverá hacia atrás, etc.

Si el robot humanoide detecta un objeto a cierta distancia, este se mueve

para evitar el objeto.

El dispositivo presenta la facilidad de configurar varios programas a la vez, por lo

que se puede ejecutar el programa deseado en cualquier momento.

Envió de datos al robot

Una vez realizada la respectiva programación de acuerdo a los movimientos y

funcionamientos de los diferentes sensores se procede a guardar el proyecto y

luego se envía al cerebro central del robot para que sea ejecutado sin necesidad

de que esté conectado a la computadora por medio del cable de datos.

En la parte inferior derecha de la pantalla de programación se encuentra el bloque

de conexión del robot a la computadora donde se tiene la opción de ejecutar el

programa y de cargar el proyecto al cerebro central.

Gráfico Nº 31



NEXO Nº07: MANUAL TÉCNICO

Manual Técnico

En el presente proyecto se ha utilizado el cerebro EV3 de Mindstorms, el cual

controla 3 servos motores encargados del movimiento del robot humanoide y tres

sensores que son el de luz, infrarrojos y de contacto; el cerebro EV3 es un

dispositivo de alto rendimiento que sirve para crear diversos proyectos de manera

didáctica.

A continuación se presentan los esquemas electrónicos del cerebro EV3

conjuntamente con los diagramas de los sensores.

Gráfico Nº 32

Descripcion: Circuito del cerebro central


Sensor de contacto

Gráfico Nº 33

Descripcion: estructura interna del sensor de contacto


Sensor de Color

Gráfico Nº 33

Descripcion: circuito Interno del sensor de color


Actualizar el Firmware del EV3

Para actualizar el firmware, se necesita una conexión USB del equipo al Bloque

EV3. El equipo también debe estar conectado a Internet.

Encienda el Bloque EV3 y conéctelo al equipo. Las actualizaciones de firmware

solo pueden hacerse a través de una conexión USB.

Seleccione Actualización de firmware en el menú Herramientas. Se abrirá el

cuadro de diálogo de Actualización de firmware, como se muestra aquí.

Gráfico Nº 34

Descripcion: cuadro de dialogo de actualización


Haga clic en Verificar (al lado de Actualizaciones en línea) para ver si hay

actualizaciones de firmware disponibles. Si las hay, descárguelas a su equipo.

Seleccione la versión de firmware más reciente de los archivos de firmware

disponibles. Si no aparece la versión de firmware deseada, presione Explorar

para encontrarla.

Haga clic en Descargar para descargar el Firmware a su Bloque EV3. Las

barras de progreso en la parte inferior del cuadro de diálogo de la Actualización

de firmware mostrará el procedimiento de la Actualización de firmware. Una

vez que se haya completado, el Bloque EV3 se reiniciará.

Conexión USB

Gráfico Nº 35

Descripcion: puertos USB del cerebro central


Asegúrese de que el Bloque EV3 esté 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.

Editar Bloques de programación

Gráfico Nº 36

Descripcion: Partes del bloque


1. Tipo de bloque: El ícono indica el Tipo de bloque

2. Barra para posicionar el bloque: Haga clic aquí para seleccionar o arrastrar el

bloque

3. Selector de puerto

4. Selector del modo: Haga clic aquí para abrir el modo Desplegable y poder

seleccionar el modo

5. Valores del parámetro de entrada: Aquí se pueden seleccionar o ingresar las

entradas

6. Entrada del enchufe de secuencia

7. Salida del enchufe de secuencia

Explorador de memoria

El Explorador de memoria proporciona una vista general del uso de la memoria en

su Bloque EV3. Puede utilizar el Explorador de memoria para transferir programas,

sonidos, gráficos y otros archivos entre su Bloque EV3 y un equipo y, también,

copiar y eliminar archivos que ya estén en su Bloque EV3.

Gráfico Nº 37

Descripcion: explorador de memoria


ANEXO Nº08: FOTOGRAFÍAS

Gráfico Nº 38

Fuente: Fotografía del cerebro central


Gráfico Nº 39

Fuente: Fotografía del sensor de infrarrojo


Gráfico Nº 40

Fuente: Fotografía del sensor de color


Gráfico Nº 41

Fuente: Fotografía del sensor de contacto


Gráfico Nº 42

Fuente: Fotografía de los motores pequeños


ANEXO N°09: ARTÍCULO CIENTÍFICO


“UNIANDES”

ROBÓTICA

TEMA: Robot autómata programado que contribuya al desarrollo de aplicaciones

tecnológicas en la carrera de Sistemas en Uniandes Tulcán.

AUTOR: Jhonny Bolaños Benavides

Tulcán – Ecuador

2015

Desarrollo de aplicaciones Tecnológicas en la Universidad Uniandes

extensión Tulcán

Johny Fernando Bolaños Benavides, Universidad Regional Autónoma

de los Andes Uniandes – Tulcán, Tulcán – Ecuador,

[email protected]

RESUMEN

El presente trabajo dedica buena parte de su contenido, a abordar aquello que

constituye al desarrollo y programación de un Robot Autómata, el cual contribuirá

en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en la carrera de Sistemas en

Uniandes Tulcán.

La base para esta investigación es la automatización, control y robótica. Uno de

los objetivos del avance tecnológico de los últimos años ha sido el desarrollo de

dispositivos que se asemejen y se comporten como humanos. En 1921 Karel

Kapek planteó la idea de un verdadero hombre artificial, un robot, palabra derivada

del checo “robota” que significa esclavo. Desde entonces, en particular desde los

años 50 del siglo pasado, después de tres generaciones de robots, la robótica ha

evolucionado hasta alcanzar en diferentes ramas un elevado nivel de madurez:

robots industriales, robots móviles con ruedas, robots con patas, prótesis médicas,

micro-robots, con una gran variedad de posibles y reales aplicaciones. Sin

embargo, aunque los avances científicos y tecnológicos han sido muchos, todavía

no se puede hablar de sistemas verdaderamente autónomos con capacidad de

tomar decisiones inteligentes.

Es importante resaltar que el propósito fundamental es que los alumnos necesitan

para su futuro profesional de la utilización de los medios tecnológicos, ya que

varían enormemente en su habilidad de percepción y aprendizaje; por lo tanto, en

los requerimientos didácticos individuales. Algunos aprenden fácil y rápidamente a

través de informaciones orales o impresas y con un mínimo de experiencias más

directas. La mayoría requiere experiencias más concretas que incluyan los medios

físicos.

Está absolutamente comprobado que el uso de material didáctico mejora el

aprendizaje de los alumnos y al mismo tiempo reduce el tiempo de instrucción y

los costos de la enseñanza.

Palabras Claves: autómata, dispositivos, artificial, robótica didácticos,

aprendizaje.

ABSTRACT

The present work dedicates good part of its content, to approach that that

constitutes to the development and programming of a Robot automaton, which will

contribute in the development of technological applications in the career of

Systems in Uniandes Tulcán.

The base for this investigation is the automation, control and robotics.

One of the objectives of the technological advance of the last years has been the

development of devices that you/they resemble each other and behave as human.

In 1921 Karel Kapek outlined the idea of a true artificial man, a robot, derived word

of the Czech "robota" that slave means. From then on, in particular from the years

50 of last century, after three generations of robots, the robotics has evolved until

reaching in different branches a high level of maturity: industrial robots, mobile

robots with wheels, robots with paws, medical prosthesis, micro-robots, with a

great variety of possible and real applications. However, although the scientific and

technological advances have been many, one cannot still speak of truly

autonomous systems with capacity of making intelligent decisions.

It is important to stand out that the fundamental purpose is that the students need

for its professional future of the use of the technological means, since they vary

vastly in its ability of perception and learning; therefore, in the requirements

didactic singular. Some learn easy and quickly through oral or printed information’s

and with a minimum of more direct experiences. Most requires more concrete

experiences that include the physical means.

It is absolutely proven that the use of material didactic improvements the learning

of the students and at the same time it reduces the time of instruction and the costs

of the teaching.

Key words: robot, devices, artificial, didactic robotics, learning.

Introducción

En la actualidad la universidad está dedicada a brindar formación profesional a

bachilleres a través de diversas modalidades de estudio como son presencial y

semipresencial, la extensión Uniandes Tulcán cuenta con tres facultades la

facultad de medicina, jurisprudencia y sistemas mercantiles, ofrece las carreras

de enfermería, derecho, sistemas y contabilidad y auditoría, cuenta con

infraestructura acorde a las necesidades de los estudiantes como laboratorios

equipados con computadoras de última generación. Cuenta con un cuerpo

docente de alto nivel académico, capacitados para brindar una buena formación

profesional, acorde con los avances científicos y tecnológicos.

En el medio social específicamente en la ciudad de Tulcán se puede observar que

no existe una investigación, sobre trabajos realizados anteriormente con el tema

de tesis, En el entorno social se está despertando un amplio interés por el tema

por el cual la Universidad Uniandes en el último año está introduciendo el área de

la robótica y con ello se está contribuyendo en el desarrollo de aplicaciones

tecnológicas orientadas a la robótica. Viendo así la necesidad de elaborar la tesis

de grado.

El propósito de la implementación de un robot humanoide autómata programado

es lograr su aplicación en el desarrollo de procesos industriales aportando así con

conocimientos de robótica electrónica e inteligencia artificial.

La causa para elaborar un robot humanoide autómata programado es fortalecer

con avances tecnológicos, conocimientos teóricos y prácticos a los estudiantes de

Uniandes Tulcán.

Materiales y Metodos

Modalidad de Investigación

La modalidad de la investigación que se utiliza para el desarrollo de la presente

tesis de grado, es de tipo mixto combina a los paradigmas cuantitativo y

cualitativo, que exponen las razones de su utilización a continuación.

El paradigma cuantitativo se lo utiliza por llevar a cabo una investigación de

campo, fundamentada en encuestas o entrevistas, las mismas que son aplicadas

a una muestra debidamente seleccionada de la población motivo de estudio, para

los cuales se tabulan los datos en forma numérica y se presentan en gráficas

estadísticos, estos instrumentos han sido aplicados en encuestas realizadas en la

carrera de Sistemas de Uniandes Tulcán, además del análisis estadístico de los

datos obtenidos.

En el Paradigma Cualitativo se presenta una orientación interpretativa de los

resultados y de la realidad, se lo emplea por la utilización de métodos teóricos de

investigación, los mismos que permiten el análisis de la información teórica

presentada en la tesis en el presente tema de investigación los datos adquiridos

en las encuestas se los interpreta como 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

adquirir estos conocimientos e impulse a la creación y programación de robots.

Tipos de Investigación.

Los tipos de investigación empleados para el desarrollo de este trabajo de grado

son:

Investigación Bibliográfica

En la investigación bibliográfica se desarrolla la elaboración del marco teórico, ya

que se encuentra sustentado por diversas fuentes de investigación bibliográfica

tales como libros, revistas e internet.

Investigación Aplicada

Esta investigación se la encuentra en el desarrollo del robot humanoide autómata

programado, ya que se aplicó los conocimientos adquiridos en el transcurso del

nivel académico.

Investigación Descriptiva.

Se realiza el desarrollo de la investigación Descriptiva para examinar las

características del problema, describir, analizar e interpretan los datos obtenidos,

en términos claros y precisos.

Investigación de Campo.

En la investigación de campo se realiza la aplicación de encuestas a la muestra

representativa de la población objeto de estudio, es decir a los estudiantes que se

encuentran interactuando de forma directa de la Carrera de Sistemas de

Uniandes Tulcán.

Técnicas de investigación.

Encuesta

Fue aplicada con la finalidad de obtener datos estadísticos relacionados a los

diferentes aspectos tratados. Con la aplicación de esta técnica se obtuvo diversos

puntos de vista que aportaron las personas entendidas en la materia que hemos

tratado en el presente trabajo investigativo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Implementar un robot humanoide autómata programado para contribuir al

desarrollo de aplicaciones tecnológicas en la carrera de Sistemas en Uniandes

Tulcán.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Sistematizar la información referente al robot humanoide autómata programado

y el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en el área de Sistemas.

Diagnosticar la situación actual del desarrollo de aplicaciones tecnológicas en

la carrera de Sistemas en Uniandes Tulcán.

Determinar los elementos constitutivos para el desarrollo del robot humanoide

autómata programado.

Validar la propuesta por la vía de expertos.

Población y Muestra Investigada

Para el desarrollo del presente trabajo de investigación la población total o

universo está definido por 33 estudiantes de la Carrera de Sistemas de la

Universidad Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán

PREGUNTA Nº 01: ¿Usted está de acuerdo que en la Universidad Uniandes

extensión Tulcán se implemente un laboratorio de Robótica?


SI 33 100%

NO 0 0%

TOTAL 33 100%




Es indispensable crear un laboratorio de Robótica para que los estudiantes

obtengan conocimientos de la cátedra y realicen nuevos proyectos orientados a la

robótica, con la creación del laboratorio la materia de inteligencia artificial no

quedaría solo en teoría, pues se realizaría prácticas que ayudarían a los

estudiantes a comprender mejor el funcionamiento de partes indispensables de un

robot, como sensores, servomotores y la programación de robots.

PREGUNTA Nº 02: ¿Usted como estudiante de sistemas le gustaría diseñar y

programar sus propios Robots en la asignatura de Robótica?


SI 30 90%

NO 3 10%

TOTAL 33 100%

Tabla Nº 06




A los estudiantes de la Carrera de Sistemas les gustaría diseñar robots por lo

tanto se debe implementar un laboratorio de Robótica equipado y el personal

docente debe actualizar sus conocimientos para así preparar y guiar a los

estudiantes en temas de electrónica y robótica, los estudiantes están interesados

en que se apique una cátedra de robótica y con la implementación de un

laboratorio podrán construir y programar pequeños robots, lastimosamente en la

Universidad se brinda la cátedra de programación pero no orientado a robótica.

Procedimiento para la construcción del robot

Funcionamiento de un Robot

La automatización es un sistema donde se trasfieren 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.

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los

elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.

Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las

máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como

fotodiodos, finales de carrera.

La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada),

aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas

electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema

de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del

sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de

sistema automatizado.

Sensores

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,

llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.

Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad

lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,

torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una

resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en

un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termo par),

una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

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. Como por ejemplo

el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de

dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede

decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

Discusión

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.

Conclusiones

Incentivar a los estudiantes de la Carrera de Sistemas de Uniandes Tulcán a

realizar proyectos orientados a la cátedra de Robótica.

Es oportuno y necesario crear un laboratorio de Robótica en la Universidad

Regional Autónoma de los Andes extensión Tulcán ya que los estudiantes

obtendrán conocimientos acertados de la cátedra y desarrollarán nuevos

proyectos orientados a nuevas líneas de investigación.

Capacitar a docentes en el área de Electrónica y Robótica para poder ampliar

conocimientos en estas estas ramas a los estudiantes de la Carrera de

Sistemas de Uniandes Tulcán.

Recomendaciones

Crear el laboratorio de Robótica en la Universidad Uniandes – Tulcán para que

los estudiantes de la carrera realicen sus prácticas y orientes la creación de

nuevos proyectos hacia la Robótica y automatización de procesos.

Implementar cursos de actualización en el área de Robótica y electrónica

dirigido a los docentes de la carrera de sistemas en Uniandes – Tulcán para

fortalecer los conocimientos e impartir la cátedra de la mejor manera.

Impartir talleres de electrónica y robótica básica para que los estudiantes de la

carrera de sistemas adquieran conocimientos básicos y se orienten al manejo

y desarrollo de proyectos en el área.

Bibliografía

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