Secuencia Didáctica Robótica: Diseño de Prototipos Mecatrónicos

SECUENCIA DIDÁCTICA
Nombre de curso: Robótica
Antecedente:
Clave de curso: MII4710 C12
Ninguno
Clave de antecedente: Ninguna
Módulo
Competencia de Módulo:
Aplicar las ciencias básicas para proyectar y diseñar sistemas electrónicos, que satisfagan necesidades de los procesos industriales.
Competencia de curso:
Diseñar prototipos mecatrónicos identificando los elementos mecánicos, electrónicos y de software de manera integral y sinérgica, para satisfacer las necesidades de su creación; considerando las
especificaciones del cliente y normas IEEE-EIA
Elementos de competencia:
1.
2.
3.
4.
Identificar los elementos fundamentales aplicados en la robótica, para la integración óptima de los movimientos de estos equipos, considerando las nomas IEEE
Clasificar los actuadores, sensores y elementos mecánicos para su aplicación en el diseño de Robots , considerando las normas IEEE-EIA
Analizar las técnicas de programación y de simulación orientada al uso y desarrollo de robots , para la selección adecuada en el diseño de los mismos, considerando las normas IEEEANSI
Implementar un proyecto de integración para la construcción de un robot de acuerdo a necesidades especificas (Investigación de campo / convocatoria), considerando las normas IEEEANSI
Elaboró:
L.I. Fernando Curiel Aguirre. PE Ing. Industrial
Diciembre de 2010
Autorizó:
Dirección de Unidad Académica de San Luis R. C.
Diciembre de 2010
Actualizó:
Autorizó:
Elemento de competencia:
1.
Identificar los elementos fundamentales aplicados en la robótica, para la integración óptima de los movimientos de estos equipos, considerando las nomas IEEE
Fase
Citar los conceptos y la
importancia de la
Robótica.
Contenido
Robótica
Su importancia
Sus repercusiones
sociales
Describir la Robótica en
el presente y futuro
Clasificación de los
robots
La robótica y su oferta
actual.
Perspectivas y futuro de
la robótica
Identificar los
componentes de un robot
Componentes del robot:
Manipulador, Efector
Actuador, Sensor
Controlador,
Procesador, Software
Discutir las
características de un
robot
Payload
Reach
Precision
Repeatability(variability)
Calcular la
representación de un
punto en el espacio
Grados de Libertad,
Joints, sistema de
coordenadas.
Cartesiano, cilíndrico,
esférico, articulado,
SCARA.
Estrategias de
formación
Actividades con tiempos de dedicación (T.D)
Actividades supervisadas
(T.D)
Investigación bibliográfica
Exposición
Exponer de manera individual la
clasificación de los robots.
2h
Revisión bibliográfica
Lluvia de ideas de manera individual de
las repercusiones sociales de los robots.
1h
Lluvia de ideas
Investigación bibliográfica
Cuadro sinóptico
Revisión documental
Investigación documental
Mapa conceptual
Desarrollar una línea de tiempo en
equipo de 3 personas (1922 – a la fecha)
mediante un cuadro sinóptico
Realizar una perspectiva futura en la
línea de tiempo (describiendo el
desarrollo futuro de la robótica)
Elaboración de mapa mental sobre los
diferentes tipos de software que se
emplea para la programación de robots.
1h
Actividades Independientes
Investigar de manera individual y construir
una tabla con la clasificación de los Robots
Extender las definiciones proporcionadas en
clase de Robótica, su historia, principales
aplicaciones e impacto en las organizaciones
y en la sociedad, prestando especial atención
en su historia, principales aplicaciones e
impacto en las organizaciones.
Investigar la oferta actual y la perspectiva
futura de la robótica. Incluir tres autores y
aportaciones personales.
(T.D)
2h
2h
1h
1h
1h
Mapa mental
Investigar de manera individual sobre los
diferentes tipos de cada componente de un
robot así como del software que se emplea
para su programación.
Elaborar mapa conceptual que permita
identificar los tipos de cada componente de
un robot.
Realizar una investigación en equipo de dos
personas de un caso de una empresa,
donde exponga las necesidades específicas
para el diseño de un robot, entregar reporte.
1h
1h
Discusión
Discutir las características de un robot.
1h
Investigación documental
Formar grupos de innovación para el
desarrollo de la investigación del caso de
una empresa.
Discutir sobre Grados de Libertad, Joints,
sistema de coordenadas.
Cartesiano, cilíndrico, esférico,
articulado, SCARA.
1h
Resolución de problemas
Resolver ejercicios propuestos para
determinar los grados de libertad.
1h
Resolver ejercicios propuesto sobre los
grados de libertad.
2h
Práctica Simulada
Práctica 1. Identificar de manera
1h
Reporte de prácticas 1 y 2.
1h
Trabajo colaborativo
Discusión.
3h
2h
individual los grados de libertad de un
robot por medio de un simulador
Atributos genéricos
Resolución de problemas.
Trabajo en equipo.
Capacidad de análisis y
comprensión.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Dominio de la tecnología
Capacidad de planeación y
organización.
Práctica de Laboratorio
Práctica 2. En equipos, identificar los
grados de libertad de un robot en el
Laboratorio de proyectos manipulando el
equipo Mitsubishi.
2h
Examen escrito
Resolver examen escrito de manera
individual.
1h
Valores y actitudes
Puntualidad
Honestidad
Diálogo
Motivación
Tolerancia
Empatía
Responsabilidad
Limpieza
Evaluación
Evidencias de la competencia
Línea de Tiempo y proyección de la Robótica
Mapa mental y conceptual “Componentes de un Robot”
Reporte práctica “Especificaciones de un Robot”
Síntesis de Grados de Libertad, Joints, sistema de coordenadas.
Cartesiano, cilíndrico, esférico, articulado, SCARA.
Práctica representativa.
Examen escrito del elemento de competencia
Aspectos afectivo-emocionales
Materiales didácticos de apoyo
Bibliografía.
Internet.
Laboratorio de cómputo.
Software de simulación.
Laboratorio de proyectos
- Entrega puntual de tareas y trabajos
- Participación y pro actividad
- Sinergia en el trabajo de equipo
- trabajo individual
- Organización
Portafolio del estudiante
Portada, índice, Semblanza, organización, conclusión y reflexión.
Fuentes de Información
Jones, J. (2004). Robot Programming – A practical guide to Behavior-Based Robotics, (1a.Ed),United States. McGraw Hill. 295p.
Ollero, A. (2001). Robótica – Manipuladores y robots móviles, (1a.Ed), España: Ed. Marcombo – AlfaOmega. 449p.
Saeed, N. (2001). Introduction to Robotics Analysis, Systems, Applications. (1a.Ed), United States: Ed. Prentice Hall. 265p.
Sandin, P. (2003). Robot Mechanisms and Mechanical Devices – Ilustrated. (1a. Ed), United States: Ed. McGraw Hill. 337p.
Elemento de competencia:
2.
Clasificar los actuadores, sensores y elementos mecánicos para su aplicación en el diseño de Robots , considerando las normas IEEE-EIA
Fase
Contenido
Describir las
características de los
actuadores
Carga, Relación potenciacarga, presión de
operación.
Identificar la hidráulica y
neumática.
Principios de
funcionamiento de los
actuadores hidráulicos y
neumáticos.
Seleccionar Motores
eléctricos y control de
motores
Clasificar los Sensores
Motores: DC, AC,
Brushless DC,
Servomotores y motores a
pasos.
Control de motores y
drivers por:
Modulación de pulsos y
puente H
Sensores de:
Posición
Velocidad
Aceleración
Torque
Micro-interruptores
luz e IR
contacto
proximidad
tipo radar
Estrategias de
formación
Actividades con tiempos de dedicación (T.D)
Actividades supervisadas
(T.D)
En equipo de 4 estudiantes analizar
físicamente los diferentes tipos de
actuadores del laboratorio y compararlos
con la tabla de doble entrada.
1h
Realizar un esquema que represente el
funcionamiento de un sistema que utilice
actuadores hidráulicos y/o neumáticos.
Actividades Independientes
(T.D)
Realizar una tabla comparativa de los
diferentes tipos de actuadores (tabla de
de doble entrada)
1h
1h
Investigación de los diferentes
actuadores hidráulicos y neumáticos que
podemos encontrar en nuestro entorno.
1h
Identificar algunos casos en los que se
utilizan actuadores hidráulicos y
neumáticos.
1h
Realizar reporte que contenga
explicación de la situación, tipo de
actuador y su función específica. (estudio
de campo)
1h
Mapa conceptual.
Realizar mapa conceptual de los
diferentes tipos de motores
1h
Práctica de laboratorio
Seleccionar el motor adecuado para cada
aplicación así como el control adecuado,
en equipo de 2 personas.
2h
Realizar un Reporte Práctica en el uso y
control de motores eléctricos de manera
individual.
2h
Cuadro sinóptico
Clasificar los sensores a través de un
cuadro sinóptico de manera individual.
1h
Práctica de laboratorio
Identificar el funcionamiento de los
diferentes tipos de sensores, en equipo
de dos estudiantes.
4h
Realizar un Reporte Práctica de los
ejercicios con sensores, de manera
individual.
1h
Investigación de campo
Visitar una fábrica o taller de la iniciativa
privada para observar los usos y
aplicaciones de la robótica, elaborando
un reporte de manera individual.
2h
Taller
Activación de
conocimientos previos
Atributos genéricos
Resolución de problemas.
Trabajo en equipo.
Capacidad de análisis y
comprensión.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Dominio de la tecnología
Capacidad de planeación y
organización.
Valores y actitudes
Puntualidad
Honestidad
Diálogo
Motivación
Tolerancia
Empatía
Responsabilidad
Limpieza
Evaluación
Evidencias de la competencia
Notas clase
Tabla de doble entrada (tipos de actuadores)
Estudio de campo (Actuadores hidráulicos y neumáticos)
Reporte Práctica Actuadores (Motores eléctricos)
Reporte Práctica Sensores
Aspectos afectivo-emocionales
Materiales didácticos de apoyo
Bibliografía.
Internet.
Laboratorio de cómputo.
Software de simulación.
Entrega puntual de tareas y trabajos
Participación y pro actividad
Sinergia en el trabajo de equipo
el trabajo individual
Organización
Portafolio del estudiante
Portada, índice, Semblanza, organización, conclusión y reflexión.
Fuentes de Información
Jones, J. (2004). Robot Programming – A practical guide to Behavior-Based Robotics, (1a.Ed),United States. McGraw Hill. 295p.
Ollero, A. (2001). Robótica – Manipuladores y robots móviles, (1a.Ed), España: Ed. Marcombo – AlfaOmega. 449p.
Saeed, N. (2001). Introduction to Robotics Analysis, Systems, Applications. (1a.Ed), United States: Ed. Prentice Hall. 265p.
Sandin, P. (2003). Robot Mechanisms and Mechanical Devices – Ilustrated. (1a. Ed), United States: Ed. McGraw Hill. 337p.
Elemento de competencia:
3.
Analizar las técnicas de programación y de simulación orientada al uso y desarrollo de robots , para la selección adecuada en el diseño de los mismos, considerando las normas IEEEANSI
Fase
Comparar los lenguajes
de robots y su historia
Contenido
Lenguajes de robot y sus
generaciones
Estrategias de
formación
Investigación documental
Foro de discusión
Tabla comparativa
Analizar la estructura de
los lenguajes para robot,
Elementos instrucciones
y funciones
Precisar el Control del
programa y subrutinas
Estructura del software de
control del Robot.
Constantes y variables.
Instrucciones o comandos
Órdenes para sensor y
efector final.
Instrucciones de control.
De decisión
Ciclos
Instrucciones anidadas
Subrutinas
Actividades con tiempos de dedicación (T.D)
Actividades supervisadas
Comparar los conceptos principales de
lenguaje de programación a modo de
distinguir los de propósito general con los
específicos mediante un foro de
discusión, en equipo de 4 estudiantes.
(T.D)
1h
Actividades Independientes
(T.D)
Investigar de los diferentes lenguajes
para robot que existen en la actualidad
que contenga al menos 5 diferentes
lenguajes, ejemplos y aplicaciones
1h
Realizar un diccionario de instrucciones
básicas de un lenguaje de programación
para robots.
1h
Realizar una tabla comparativa de los
lenguajes de programación de propósito
general y los específicos para robots
1h
1h
Taller
Analizar la estructura básica de un
programa para robot, de manera
individual.
Construir programas funcionales
utilizando lecturas de sensores, de
manera individual.
2h
Práctica de laboratorio
Elaborar prácticas de programación de
funciones básicas para el robot.
2h
Elaborar reporte de práctica de manera
individual.
Construir algoritmos y seudocódigo
orientados al control de robots de manera
individual, que permitan precisar su
funcionalidad.
2h
Realizar programas y ejercicios
intermedios de programación.
2h
Elaborar reporte de los programas
2h
Revisión documental
Taller
Práctica de laboratorio
Construir programas para robots de
manera estructurada y con técnicas de
programación avanzadas, en equipo de
dos personas.
1h
Establecer
Comunicaciones y
procesamiento de datos
Sentencias de
comunicación y
procesamiento de datos
Write, Read, Send
Atributos genéricos
Resolución de problemas.
Trabajo en equipo.
Capacidad de análisis y
comprensión.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Dominio de la tecnología
Capacidad de planeación y
organización.
Resolución de ejercicios
Generar rutinas de código fuente basados
en algoritmos estructurados orientados a
lenguajes de programación de robot, de
manera individual.
2h
Establecer comunicación entre el robot y
sus diferentes sensores, así como con su
entorno.
2h
Valores y actitudes
Puntualidad
Honestidad
Diálogo
Motivación
Tolerancia
Empatía
Responsabilidad
Limpieza
Realizar programas y ejercicios
avanzados de programación.
Evaluación
Evidencias de la competencia
Tabla comparativa de lenguajes de programación
Reportes práctica: básico. Intermedio y avanzado.
Listado de algoritmos
Ejercicios de programación
Aspectos afectivo-emocionales
Materiales didácticos de apoyo
Bibliografía.
Internet.
Laboratorio de cómputo.
Software de simulación.
Entrega puntual de tareas y trabajos
Participación y pro actividad
Sinergia en el trabajo de equipo
el trabajo individual
Organización
Portafolio del estudiante
Portada, índice, Semblanza, organización, conclusión y reflexión.
Fuentes de Información
Jones, J. (2004). Robot Programming – A practical guide to Behavior-Based Robotics, (1a.Ed),United States. McGraw Hill. 295p.
Ollero, A. (2001). Robótica – Manipuladores y robots móviles, (1a.Ed), España: Ed. Marcombo – AlfaOmega. 449p.
Saeed, N. (2001). Introduction to Robotics Analysis, Systems, Applications. (1a.Ed), United States: Ed. Prentice Hall. 265p.
Sandin, P. (2003). Robot Mechanisms and Mechanical Devices – Ilustrated. (1a. Ed), United States: Ed. McGraw Hill. 337p.
3h
Elemento de competencia:
4.
Implementar un proyecto de integración para la construcción de un robot de acuerdo a necesidades especificas (Investigación de campo / convocatoria), considerando las normas IEEEANSI
Fase
Analizar el diseño y
conceptualización del
robot
Contenido
Definición de las
funciones básicas del
robot
Estrategias de
formación
Actividades con tiempos de dedicación (T.D)
Actividades supervisadas
(T.D)
Revisión documental
Analizar cómo influyen las necesidades
del usuario con el diseño y
conceptualización del robot en equipo de
dos personas.
1h
Actividades Independientes
(T.D)
Reporte de cada conceptos y su
veredicto de cuál es el diseño apropiado
a las necesidades y su justificación, del
diseño del robot a realizar.
2h
Realizar un reporte con las
características necesarias para la
justificación del proyecto individual.
2h
Elaborar reporte individual de la práctica
de la construcción del prototipo funcional
2h
Documentación e Integración de
sensores y de la simulación del sistema
3h
Taller
Realizar un borrador por estudiante del
concepto de robot deseado enumerando
sus pro y contras a fin de evaluar la mejor
propuesta.
Establecer las
especificaciones y
requerimientos de
software, electrónicos,
mecánicos.
Definir el diseño
Funcional-Estético
Seleccionar el Hardware,
software, accesorios
y Simulación de la
propuesta
Especificaciones de
software, electrónicas,
mecánicas. Apropiadas al
concepto y a las
necesidades del usuario.
Rapid Prototyping
Diseño Funcional
Diseño Estético
Hardware y software
como accesorio o
complemento.
Desarrollo de Proyecto
Desarrollo de Proyecto
Desarrollo de Proyecto
2h
Establecer los aspectos:
Análisis del sistema
Sus objetivos, restricciones, alternativas,
selección de alternativas, ejecución, y
realimentación de manera individual.
2h
Fundamentar las diferentes etapas del
proyecto de acuerdo a criterios
específicos, por equipo.
2h
Construir el prototipo funcional, en equipo
2h
Desarrollar un prototipo mediante
técnicas RP en equipo
2h
Definir las diferencias entre el diseño
funcional y el diseño estético en forma
individual
2h
Construcción del chasis, suspensión y
sistemas de tracción, por equipo
3h
Integrar sensores y programar, por
1h
equipo
1h
Fabricación modular de los elementos del
robot., por equipo
Implementar el robot
Implementación
Puesta a punto
Liberación
Desarrollo de proyecto
Realizar la Implementación general del
proyecto in situ, (actividad de campo) y
entregar los documentos de liberación del
proyecto por equipo.
3h
Realizar actividad integradora de manera
individual
Implementar proyecto y retroalimentar
por equipo.
Atributos genéricos
Resolución de problemas.
Trabajo en equipo.
Capacidad de análisis y
comprensión.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Dominio de la tecnología
Capacidad de planeación y
organización.
Materiales didácticos de apoyo
Bibliografía.
Internet.
Laboratorio de cómputo.
Software de simulación.
Valores y actitudes
Puntualidad
Honestidad
Diálogo
Motivación
Tolerancia
Empatía
Responsabilidad
Limpieza
Evaluación
Evidencias de la competencia
Análisis y diseño del Proyecto (Anteproyecto)
Ejercicios y reporte 1 de avances de proyecto
Ejercicios y reporte 2 de avances de proyecto
Realimentación del proyecto
Implementación del proyecto
Actividad Integradora.
Aspectos afectivo-emocionales
Entrega puntual de tareas y trabajos
Participación y pro actividad
Sinergia en el trabajo de equipo
el trabajo individual
Organización
Portafolio del estudiante
Portada, introducción, índice, Semblanza, organización, conclusión y reflexión.
Fuentes de Información
Jones, J. (2004). Robot Programming – A practical guide to Behavior-Based Robotics, (1a.Ed),United States. McGraw Hill. 295p.
Ollero, A. (2001). Robótica – Manipuladores y robots móviles, (1a.Ed), España: Ed. Marcombo – AlfaOmega. 449p.
Saeed, N. (2001). Introduction to Robotics Analysis, Systems, Applications. (1a.Ed), United States: Ed. Prentice Hall. 265p.
Sandin, P. (2003). Robot Mechanisms and Mechanical Devices – Ilustrated. (1a. Ed), United States: Ed. McGraw Hill. 337p.
3h