Fortalecimiento de la enseñanza de la asignatura de robótica mediante la elaboración de material didáctico

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Título :	Fortalecimiento de la enseñanza de la asignatura de robótica mediante la elaboración de material didáctico
Autor :	GONZALEZ VILLELA, VICTOR JAVIER
Fecha de publicación :	2020
Resumen :	El presente proyecto consiste en la elaboración de material didáctico para fortalecer la enseñanza en las asignaturas de Robótica y Robótica Móvil, impartidas en la Carrera de Ingeniería Mecatrónica y en el Posgrado en Ingeniería Mecánica en la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Este material tiene como objetivo mejorar la comprensión de los alumnos sobre los conceptos cinemáticos, dinámicos y de control relacionados con la robótica, para que estos sean capaces de sintetizarlos en modelos matemáticos y luego implementarlos en simulaciones que permitan ver el comportamiento de los robots realizando una tarea dada. Por un lado, el desarrollo de herramientas de simulación computacional para comprobar que los modelos matemáticos y los algoritmos generados por los alumnos son correctos y funcionales. Además de que, puedan ser utilizadas como un medio para la evaluación sobre la comprensión de los conceptos y la capacidad de síntesis de los alumnos. Por otro lado, el desarrollo de bancos de pruebas, como material didáctico, para probar los conocimientos técnicos de la asignatura ligados con la implementación de modelos matemáticos y algoritmos de comportamiento, en prototipos de prueba físicos. Además, de brindar elementos para evaluar la capacidad técnica de los alumnos relacionadas con el área de la robótica. También, se elaborará material didáctico que consistirá en manuales de prácticas y vídeos que permitan a los alumnos implementar los conocimientos teóricos adquiridos en clase en una simulación. Lo que permitirá al alumno verificar su comprensión de los temas y al profesor evaluar a los alumnos. Otra parte se elaborarán manuales técnicos y vídeos dirigidos a la implementación de los modelos matemáticos y de los algoritmos de comportamiento probados en las simulaciones. El material dirigido a los aspectos técnicos tiene como fin que el alumno comprenda como los sistemas que integran a un robot interactúan entre sí para que este pueda ejecutar una tarea.
URI :	https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7607
metadata.dc.contributor.responsible:	GONZALEZ VILLELA, VICTOR JAVIER
metadata.dcterms.callforproject:	2020
metadata.dc.coverage.temporal:	2020-2022
metadata.dcterms.educationLevel:	nivel superior
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura
metadata.dc.description.objective:	Objetivo general: Elaborar material didáctico para el fortalecimiento de la asignatura de Robótica y Robótica Móvil que se imparten en la carrera de Ingeniería Mecatrónica y Posgrado de Ingeniería Mecánica, dentro del Departamento de Ingeniería Mecatrónica de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, en las áreas de cinemática, dinámica y control de robots, con el propósito de potenciar la síntesis de estas áreas en modelos matemáticos, que será comprobados mediante simulaciones computacionales e implementados en bancos de prueba. Objetivos específicos: "Para el primer año los objetivos específicos son los siguientes: • Elaboración de material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots seriales y un banco de pruebas para robótica serial. • Elaboración de material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots paralelos y un banco de pruebas para robótica paralela. • Implementación de un repositorio donde se guarden las versiones de los archivos utilizados en las simulaciones y en los bancos de pruebas de la robótica serial, robótica paralela y móvil. Para el segundo año los objetivos específicos son siguientes: • Elaboración de material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots seriales en el espacio para implementarlos en el banco de pruebas de robótica serial. • Elaboración del material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots móviles con llantas y un banco de pruebas para robótica móvil con llantas. • Escritura de un artículo de congreso nacional y la escritura para un congreso internacional."
metadata.dc.description.strategies:	La metodología propuesta en este proyecto se presenta de la siguiente manera: En el caso del material didáctico relacionado con las simulaciones, este tiene la finalidad el facilitar la compresión de los conceptos cinemáticos, dinámicos y de control relacionados con los robots al generar material de apoyo. En el caso de los conceptos relacionados con la cinemática, el material didáctico que se elaborará tendrá el fin de enseñar las relaciones de movimiento presentes en los elementos básicos que componen la estructura mecánica de los robots. Se elaborará material escrito y vídeos que ilustren las propiedades físicas presentes en el movimiento de los eslabones que conforman la estructura mecánica de los robots seriales y en los robots paralelos, y en el caso de los robots móviles sus llantas. La compresión de los conceptos cinemáticos de los elementos básicos y de sus propiedades físicas facilitará la síntesis de estos en modelos matemáticos que describan el movimiento de la estructura mecánica de los robots. Para el caso de los conceptos dinámicos, el material didáctico tendrá como fin enseñar las propiedades dinámicas de los eslabones que componen la estructura mecánica de los robots seriales y los robots paralelos, y en el caso de los robots móviles el par relacionado con las llantas. Del mismo modo, la compresión de los conceptos dinámicos y de sus propiedades facilitará su síntesis con los conceptos cinemáticos para generar modelos matemáticos que describan las fuerzas y pares presentes en la estructura mecánica de un robot y los pares que deben generar sus actuadores para moverla. Para el caso de los conceptos relacionados con el control, el material didáctico estará dirigido a la enseñanza del elemento base sobre el control de posición de un motor de corriente directa. Y a partir del modelo básico se establecerán sus variaciones en control de velocidad, control de fuerza o un controlador híbrido. Ya que al comprender al elemento base y sus variaciones es posible generar un esquema de control para un robot. Para evaluar lo anterior, los alumnos realizarán simulaciones en un robot en un caso de estudio específico, por lo que tendrán que sintetizar los conceptos anteriores en un modelo matemático, el cual será verificado mediante una simulación. La simulación permitirá evaluar al alumno con los siguientes parámetros: -El robot de la simulación debe corresponder al del caso de estudio. -Que el robot realice la tarea siguiendo los parámetros cinemáticos del caso de estudio. -Que el comportamiento dinámico del robot corresponde con el modelo dinámico establecido. -Que el modelo de control garantice que el robot realizará la tarea como se espera. Los bancos de pruebas están relacionados con la enseñanza de los elementos técnicos de la robótica, los cuales se dividen en cada uno de los sistemas que integran a un robot (sistema mecánico, sistema eléctrico-electrónico, sistema de control y sistema de procesamiento de información). En el caso del sistema mecánico de un robot, este se diferencia de otras máquinas ya que los elementos que lo integran son de alta precisión, para este caso los bancos de prueba ilustrarán lo anterior, ya que para generar algunos de los elementos se tomarán en cuenta las tolerancias de las piezas y las propiedades físicas de los materiales que las integran. En el caso del sistema eléctrico-electrónico, este va dirigido a ilustrar la aplicación de sensores a un robot con un propósito específico (evitar colisiones, realizar mediciones, etc.) y en proporcionar energía a los actuadores del robot para generar el movimiento de su estructura mecánica. En el caso del sistema de control, los bancos de prueba ilustrarán la aplicación de esquemas de control PD y PID utilizados en los robots y como son implementados en los actuadores del robot. En el caso del sistema de procesamiento de información, los alumnos programarán la tarea simulada con anterioridad lo que permitirá establecer una comparación con los resultados de la simulación. El alumno podrá realizar una comparación entre los resultados de la simulación y los resultados del banco de pruebas mediante un reporte escrito, el cual es un instrumento de evaluación de la compresión de los conceptos relacionados con la cinemática, la dinámica y el control de los robots, de la síntesis de estos conceptos en el modelo matemático del robot, y de los aspectos técnicos antes mencionados y como es capaz de implementarlos en el banco de pruebas.
metadata.dc.description.goals:	Primer año: Para el primer año las metas son: -La elaboración del material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots seriales y un banco de pruebas para robótica serial. -La elaboración del material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots paralelos y un banco de pruebas para robótica paralela. -El establecimiento de un repositorio donde se guarden las versiones de los archivos utilizados en las simulaciones y en su implementación en los bancos de pruebas de la robótica serial, robótica paralela y robótica móvil. Segundo año: Para el segundo año las metas son: -La elaboración del material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots seriales en el espacio para implementarlos en el banco de pruebas de robótica serial. -La elaboración del material didáctico (apuntes, simulaciones y vídeos) relacionado con los robots móviles con llantas y un banco de pruebas para robótica móvil con llantas. -La escritura de un artículo de congreso nacional y la escritura para un congreso internacional.
metadata.dc.description.selfAssessment:	Mediante la realización de este proyecto se elaboró material didáctico el cual fortaleció la enseñanza de las asignaturas de Robótica y Robótica Móvil que se imparten en la carrera de Ingeniería Mecatrónica y el Posgrado de Ingeniería Mecánica de la UNAM, potenciando las áreas de la cinemática, dinámica y control de robots al implementar los modelos matemáticos desarrollados en simulaciones computacionales y posteriormente implementando los resultados de estas en bancos de prueba. A pesar de las condiciones de trabajo debido a la emergencia sanitaria se cumplieron las siguientes metas: -Se elaboraron apuntes, un manual de simulaciones y vídeos para la enseñanza de los conceptos matemáticos y físicos relacionados con la enseñanza de la robótica serial y con la enseñanza de la robótica paralela. -Se estableció un repositorio con la información y los archivos necesarios para la realización de las simulaciones del manual de prácticas de robótica serial, y otro repositorio con la información y los archivos necesarios para la realización de las prácticas de robótica paralela. -Se elaboró un manual de prácticas para la asignatura de robótica móvil el cual permite a los alumnos construir y controlar robots móviles con llantas. -Se desarrolló un sistema de visión el cual permite establecer la posición de un robot o de algún otro elemento dentro de un espacio de trabajo determinado. -Se publicó un artículo de congreso con el título "Desarrollo de material didáctico para la enseñanza de la robótica con base en los niveles cognitivos de Bloom”, en el cual se presenta el planteamiento establecido para el desarrollo del material didáctico del proyecto. -Se elaboró material audiovisual relacionado con la enseñanza de la robótica serial, la robótica paralela y la robótica móvil el cual puede ser consultado por los alumnos en cualquier momento que lo requieran. En el caso de los bancos de prueba las condiciones de la pandemia impidieron el acceso a las instalaciones lo que retrasó su construcción y la implementación de una interfaz de control de los servomotores en el banco de prueba de robótica serial y el banco de prueba de robótica paralela, lo que actualmente se está por concluir. Otro punto que es importante mencionar fue que también debido a las circunstancias no se pudieron involucrar a alumnos de licenciatura en las actividades del proyecto, solo se contó con el apoyo de dos alumnos de maestría los cuales colaboraron en la realización de los manuales de prácticas de robótica móvil y robótica paralela. Por último, para la elaboración del material didáctico los profesores involucrados junto con los alumnos de maestría antes mencionados, adquirieron capacidades y habilidades nuevas las cuales permitirán el continuo mejoramiento del material elaborado y la creación de nuevo material didáctico para las asignaturas de robótica o para alguna otra.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	Las metas logradas son las siguientes: Para el primer año: - Se elaboraron apuntes, un manual de simulaciones y vídeos para la enseñanza de los conceptos matemáticos y físicos para enseñanza de la robótica serial. - Se elaboraron apuntes, una práctica y vídeos, además de un banco de pruebas para la enseñanza de los conceptos matemáticos y físicos relacionados con la robótica paralela. -Se establecieron repositorios donde se guardan y organizan los archivos desarrollados para la realización de simulaciones y su implementación en los bancos de prueba de robótica serial. robótica paralela y robótica móvil. Para el segundo año: -Se desarrolló y se construyó un banco de pruebas relacionado con robótica serial (objetivo trasladado para este año debido a las circunstancias por la pandemia). -Se elaboraron apuntes, un manual de prácticas, simulaciones y vídeos relacionados con el modelado de robots con llantas -Se diseñó y construyó un banco de pruebas para robots móviles con llantas. -Se público un artículo en el congreso relacionado con este proyecto en el congreso XXVII internacional de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica (SOMIM), con el título “Desarrollo de material didáctico para la enseñanza de la robótica con base en los niveles cognitivos de Bloom”.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Ingeniería
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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