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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7635| Título : | Desarrollo de material didáctico y banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo CPS |
| Autor : | MARTINEZ ZAMUDIO, PATRICIO |
| Fecha de publicación : | 2020 |
| Resumen : | De acuerdo al PDI, se requiere de una Universidad que genere conocimiento y lo ponga al servicio del país, una Universidad a la vanguardia de las tecnologías de la información, lo que dará lugar a la Universidad del siglo XXI, donde el siglo XXI se caracteriza por el avance, la expansión de la digitalización y el control de la información a nivel global. Por lo que en el presente proyecto se propone generar material didáctico para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo sistemas ciberfísicos a través de bancos de pruebas, apuntes, prácticas, con el fin de disminuir los índices de reprobación y fomentar que el alumno pueda aplicar los conocimientos vistos en clase, con un pensamiento crítico; un espíritu creativo, propositivo y con responsabilidad en el estudio de temas, así como de introducir al alumno en tecnologías con potencial innovador y de alto impacto que actualmente están teniendo un auge importante en las industrias, como son los sistemas ciberfísicos, con el fin de reforzar los temas que se ven en el aula y extrapolarlos a problemas de aplicación en la ingeniería, dando lugar al cumplimiento del plan de desarrollo de la FES Aragón. Dicho material reforzará los conocimientos adquiridos de los fenómenos y sistemas descritos teóricamente en la carrera de IME en las materias:Robótica,Instrumentación de Procesos, Instrumentación y control y; en la carrera de IID en las materias: Automatización y Robótica, Instrumentación de procesos industriales; y en la carrera de ICO en la materia: Robótica. Obteniendo como resultado el modelado y la implementación de sensores y robots utilizando CPS, aplicando modelos matemáticos en el banco de pruebas. Este banco de pruebas permitirá comprender experimentalmente conceptos teóricos que pueden explicarse con material de apoyo para el mejor entendimiento e introducir a los alumnos a tecnologías innovadoras y de alto impacto como son los SCP. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7635 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | MARTINEZ ZAMUDIO, PATRICIO |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2020 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2020-2021 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Desarrollar material didáctico y un banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica aplicando tecnologías emergentes con potencial innovador y de alto impacto como son los sistemas ciberfísicos. Con el fin de desarrollar la capacidad de abstracción, innovar en los métodos de enseñanza, promover la investigación educativa. Objetivos específicos: "1. Desarrollar los modelos matemáticos para validar la cinemática, dinámica y control de un robot. 2. Desarrollar material didáctico basado en software para la simulación de la cinemática, dinámica y el control. 3. Diseñar el banco de pruebas instrumentado. 4. Construir e instrumentar un banco de pruebas para validar los modelos matemáticos de la cinemática y dinámica. 5. Desarrollar material didáctico para la introducción a los sistemas ciberfísicos. 6. Desarrollar un manual para el uso del banco de pruebas. 7. Desarrollar prácticas que reforzarán la parte de la cinemática, dinámica, control y sistemas ciberfísicos. 8. Publicar los resultados en un artículo de congreso internacional para darle difusión al trabajo desarrollado. 9. Formar recursos humanos una tesis de licenciatura." |
| metadata.dc.description.strategies: | El presente proyecto se desarrolla en un año el cual está enfocado en generar material didáctico en Instrumentación y Robótica. Para la innovación y el mejoramiento del proceso enseñanza aprendizaje. Se inicia con la generación del material didáctico para el modelado cinemático directo e inverso, la cinemática diferencial directa e inversa (Jacobiano) y la doble derivada de la cinemática el Hessiano, donde se aplican las materias de Ciencias Básicas: como son Álgebra, Geometría Analítica, Cálculo, Cálculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales, Estática, Cinemática, Dinámica, Métodos Numéricos. Para la dinámica por el método de Newton-Euler y Euler-Lagrange de los manipuladores, se utilizan los conceptos de materias de Ciencias de la Ingeniería como: Mecánica de Sólidos, Análisis de Circuitos, Electrónica Básica, Mecanismos, Circuitos Digitales, Diseño de Elementos de Máquinas, Modelado de Sistemas Físicos. En la parte de sistemas de control, instrumentación e implementación de sistemas ciberfísicos se utilizan los conceptos de materias de Ingeniería Aplicada como: Instrumentación y Control, Diseño Mecatrónico, Automatización Industrial, Técnicas de Programación, Inteligencia Artificial y Biomecánica de acuerdo al temario propuesto para la asignatura de Robótica. Así mismo, mediante el diseño y construcción del banco de pruebas, se induce a una colaboración entre los alumnos de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Eléctrica Electrónica, Ingeniería Industrial e Ingeniería en Computación, para desarrollar material didáctico que apoyen a la formación de ingenieros. Por lo tanto, en una primera etapa se requiere del diseño del sistema a instrumentar, que en este caso será un robot manipulador, el cual habrá que colocar de sensores tradicionales (analógicos, digitales), enconders, sensores de fuerza de torque, acelerómetros, sensores de presencia, transductores, sensores inteligentes entre otros. Una vez seleccionado los sensores, se utilizarán los sistemas de medición, los sistemas de adquisición de datos, los sistemas de control y los sistemas de envío de datos vía remota, resultados del proyecto PAPIME 2019, PE112319, con Título de proyecto:” Desarrollo de material didáctico y banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en instrumentación y control, aplicando tecnologías IoT y Robótica.”. Dando continuidad al proyecto con esta nueva solicitud, para introducir los sistemas ciberfísicos CPS, que son similares al Internet de las cosas (IoT) compartiendo la misma arquitectura básica, no obstante, es importante mencionar que un sistema ciberfísico presenta una combinación más alta y una coordinación entre elementos físicos y computacionales, una ventaja de los sistemas ciberfísicos a diferencia de los sistemas embebidos tradicionales, es que están diseñados como red de elementos que interaccionan entre sí, con entradas y salidas físicas en vez de hacerlo con dispositivos aislados. La idea está estrechamente ligada a los conceptos de robótica y redes de sensores, que son controlados y supervisados por mecanismos de inteligencia artificial, temas que permiten una enseñanza creativa, con nuevas formas de pensar, para motivar el interés y la imaginación de los estudiantes y penetrar en los campos multidisciplinarios que permiten resolver situaciones complejas. Se tomarán en cuenta todos los parámetros identificados del equipo y se procederá a generar los recursos didácticos para reforzar los conocimientos adquiridos, comprender los fenómenos físicos vistos en clase de forma teórica, en la carrera de Ingeniería Mecánica e Ingeniería en Computación en la materia principalmente Robótica, y complementando a las asignaturas de Instrumentación y Control, Instrumentación de Procesos; en la carrera de Ingeniería Industrial en las materias: Instrumentación y Control, Automatización y Robótica y en la carrera de Ingeniería en Computación en las materias: Medición e Instrumentación; en la carrera de Ingeniería Eléctrica Electrónica, en las materias: Medición e Instrumentación, Instrumentación Electrónica. Añadiendo al material desarrollado tecnologías con potencial innovador y de alto impacto como son los sistemas ciberfísicos. De este trabajo se tendrá como resultado final un banco de pruebas con material didáctico para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo los conceptos de sistemas ciberfísicos. Un artículo de carácter internacional donde se publicarán los resultados y una tesis de licenciatura. |
| metadata.dc.description.goals: | 1. Desarrollo de la metodología concisa para obtener los modelos matemáticos: a. Cinemática directa e inversa b. Cinemática Diferencial directa e inversa Jacobiano c. Aceleraciones Hessiano. d. Dinámica Newton-Euler y Euler Lagrange e. Sistema de Control f. Relación de los modelos matemáticos, la instrumentación y los sistemas ciberfísicos. 2. Desarrollo de los códigos de programación para realizar simulaciones como material didáctico basada en software para la simulación de la cinemática y dinámica. 3. Diseño del banco de pruebas completamente instrumentado y acondicionado para validar la cinemática, dinámica y los sistemas ciberfísicos. 4. Construcción e instrumentación un banco de pruebas para validar los modelos matemáticos de la cinemática, dinámica, un sistema de control y su implementación en sistemas ciberfísico. 5. Elaboración de un manual para el uso del banco de pruebas en cinemática, dinámica, control y sistemas ciberfísicos. 6. Desarrollo de prácticas como material didáctico para la introducción a los sistemas ciberfísicos 7. Desarrollo prácticas para reforzarán los conocimientos en cinemática y dinámica. 8. De los resultados obtenidos se publicará un artículo de carácter internacional para darle difusión al trabajo desarrollado. 9. Se realizará una tesis de licenciatura y se tendrán alumnos que realicen su servicio social. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Se tienen como logros del proyecto la generación del banco de pruebas virtual y físico que estimula a los alumnos, innovando y mejorando del proceso enseñanza-aprendizaje, reforzando la conceptualización y aplicación de la teoría vista en clase de las asignaturas de Instrumentación y Robótica, generando nuevas herramientas para la enseñanza y el desarrollo de habilidades en la formación profesional, así como el impacto del material didáctico refuerza el conocimiento de los alumnos. Teniendo como resultados la generación de prácticas, la integración de alumnos en un proyecto académico de diferentes ingenierías, se realizó una tesis de licenciatura derivado del proyecto, se está escribiendo un artículo de revista que está en el padrón de CONACYT, donde se reportarán los avances y resultados del proyecto, para difundir el trabajo realizado en la FES Aragón. Para la realización de este proyecto se logró inducir la colaboración virtual de alumnos de las carreras de Ingeniería Eléctrica Electrónica (IEE), Ingeniería Mecánica (IM), Ingeniería Industrial (IID, con el fin de generar distintas alternativas de instrumentación con software y hardware, se presentaron dificultades por la situación actual que estamos viviendo de la pandemia, por lo que no fue posible realizar pruebas en el prototipo. Aún así con las dificultades presentadas se está formando Ingenieros capacitados para resolver problemas en el sector industrial y/o académico. Donde la principal contribución de este proyecto es egresar alumnos de estas ingenierías con conocimientos sólidos y prácticos en instrumentación y robótica con tecnologías con potencial innovador y de alto impacto que actualmente se están utilizando en las industrias. Se presentó el material desarrollado a los alumnos del semestre 2021-1 de la asignatura de Robótica de forma virtual, fue gratificante escuchar los comentarios positivos y ver que se cumple con el objetivo de innovar y mejorar del proceso enseñanza-aprendizaje, aún en condiciones remotas debido a la pandemia. El material desarrollado cubre también el hueco de contar con un laboratorio, como se menciona en la tesis que se realizó derivado a este trabajo, el contar con un robot industrial implica gastos desde la compra, el espacio, la infraestructura, el mantenimiento, refacciones, etc, por lo que el material desarrollado de los simuladores y el prototipo refuerzan al aprendizaje del alumno estimulando su creatividad. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | Se presentan las metas logradas del proyecto denominado Desarrollo de material didáctico y banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo CPS, definiendo a CPS como “Cyber-Physical System”, sistemas construidos a partir de la integración transparente de componentes físicos y computacionales. Se lograron las siguientes metas: 1. Se reporta en una tesis de Licenciatura el desarrollo de la metodología concisa para obtener los modelos matemáticos de: a. Cinemática directa b. Cinemática inversa b. Cinemática Diferencial, Jacobiano f. Relación de los modelos matemáticos, la instrumentación y los sistemas ciberfísicos. 2. Se reporta en una tesis de Licenciatura el desarrollo de los códigos de programación para realizar simulaciones como material didáctico basada en software para la simulación de la cinemática directa e inversa. 3. Se cuenta con el diseño del banco de pruebas en CAD y con los componentes del banco de pruebas, con la propuesta de instrumentación para validar la cinemática, dinámica y los sistemas ciberfísicos. 4. Se cuenta con la construcción e instrumentación del banco de pruebas para validar los modelos matemáticos de la cinemática, dinámica, un sistema de control y su implementación en sistemas ciberfísico. El avance es de un 80%, debido a la pandemia no se ha podido realizar pruebas sobre este prototipo. 5. Se cuenta con el manual para la descarga y uso del simulador en cinemática, directa inversa del manipulador, en el seguimiento de una trayectoria y sistemas ciberfísicos. 6. Se desarrollaron dos prácticas como material didáctico para la introducción a los sistemas ciberfísicos en simuladores de cinemática directa e inversa. 7. Se realizó de forma virtual en la clase de Robótica del semestre 2021-1, el ejercicio del desarrollo de las prácticas de cinemática directa e inversa con el fin de validar el material desarrollado, presentándoselo a los alumnos y quienes serán los que utilizarán dicho material, con el fin de verificar que efectivamente se cumple con el objetivo de reforzar los conocimientos, así como para tener una retroalimentación constructiva por parte de ellos. 8. De los resultados obtenidos se está trabajando en la escritura de un artículo para ser enviado al Congreso Internacional Interdisciplinario de Energías Renovables, Mantenimiento Industrial, Mecatrónica e Informática, CIERMMI 2021. El congreso se desarrollará los días 27, 28 y 29 de octubre del presenta año, en el Centro de Congresos y Convenciones del Hotel Real deMinas Tradicional de la ciudad de Santiago de Querétaro, Qro, México. 9. Se realizó una tesis de licenciatura con el título: Desarrollo de dos simuladores virtuales para apoyo a la clase de robótica en línea en los temas de cinemática directa e inversa de robots industriales. Alumno: ALEXIS OMAR CEJUDO TIRADO Alumnos que realizaron su servicio social: a) Kevin Jhosua Jurado Zambrano b) José Luis Sánchez Hernández |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Estudios Superiores (FES) Aragón |
| 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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