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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7635Registro completo de metadatos
| Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
|---|---|---|
| dc.coverage.spatial | México | - |
| dc.coverage.temporal | 2020-2021 | - |
| dc.date.accessioned | 2023-12-05T00:41:25Z | - |
| dc.date.available | 2023-12-05T00:41:25Z | - |
| dc.date.issued | 2020 | - |
| dc.identifier.uri | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7635 | - |
| dc.description.abstract | 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. | - |
| dc.description.sponsorship | Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) | - |
| dc.language | es | - |
| dc.rights | Todos los derechos son propiedad de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) | - |
| dc.title | Desarrollo de material didáctico y banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo CPS | - |
| dc.type | Proyecto PAPIME | - |
| dcterms.bibliographicCitation | MARTINEZ ZAMUDIO, PATRICIO. (2020). Desarrollo de material didáctico y banco de pruebas para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica introduciendo CPS. (Proyecto PAPIME). Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA). UNAM. Mèxico | - |
| dcterms.educationLevel | nivel superior | - |
| dcterms.provenance | Facultad de Estudios Superiores (FES) Aragón | - |
| dc.identifier.papime | PE110120 | - |
| dc.subject.keywords | Cinemática de robots | - |
| dc.subject.keywords | Dinámica de robots | - |
| dc.subject.keywords | Instrumentación | - |
| dc.subject.keywords | Robótica | - |
| dc.subject.keywords | Sistemas Ciberfísicos | - |
| dc.subject.keywords | Sistemas de control | - |
| dc.contributor.responsible | MARTINEZ ZAMUDIO, PATRICIO | - |
| 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." | - |
| 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. | - |
| 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. | - |
| 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 | - |
| dc.description.area | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías | - |
| 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. | - |
| dcterms.educationLevel.SEP | Licenciatura | - |
| dcterms.callforproject | 2020 | - |
| dc.subject.DGAPA | Ingenierías | - |
| dc.description.products | Congreso.Publicación de un artículo en congreso nacional de los avances del presente proyecto: Se está escribiendo un artículo para ser enviado al Congreso Internacional Interdisciplinario de Energías Renovables, Mantenimiento Industrial, Mecatrónica e Informática, CIERMMI 2021. Título tentativo del artículo: “Desarrollo de simuladores y un banco de pruebas introduciendo CPS para el fortalecimiento de la enseñanza en Instrumentación y Robótica” 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. | - |
| dc.description.products | Prototipo.Modelo funcional instrumentado. Se cuenta con el desarrollo de un modelo funcional instrumentado, robot manipulador de 5GDL que es el banco de pruebas, este tiene el fin de validar los modelos matemáticos de la cinemática, dinámica, el control y la implementación en sistemas ciberfísicos. Se estima que el avance de este modelo es de un 80%, debido a la pandemia no se ha podido terminar en su totalidad, así como también no se ha tenido la oportunidad de realizar pruebas sobre en este prototipo con los alumnos. | - |
| dc.description.products | Cartel.Cartel en la semana de ingeniería de la FES Aragón: Se desarrolló un cartel para dar difusión entre la comunidad de la FES Argón, del material desarrollado. El cual sería presentado en la semana de ingeniería. Por la situación actual de la pandemia no se realizó dicho evento, sin embargo, se cuenta con el cartel el cual será presentado en cuanto la situación lo permita. Con el fin involucrar a los alumnos en proyectos de investigación. | - |
| dc.description.products | Tesis.Material didáctico para la materia de robótica e instrumentación con sistemas ciberfísicos: Se cuenta con una tesis de licenciatura terminada al 100% 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. Debido a la situación actual que estamos viviendo se ha retrasado el proceso de titulación del alumno. | - |
| dc.description.products | Software.Robot manipulador: Se utilizó el toolbox de ROBOTICS SYSTEM, este toolbox adicional a Matlab permite desarrollar varias funciones para el estudio, comprensión y visualización de robots manipuladores de una manera interactiva, cuenta con una amplia variedad de comandos que permiten realizar el diseño, el control y el análisis cinemático y dinámico en diferentes entornos. Algunas de las acciones que se desarrollaron con esta herramienta son: Esta herramienta permite la creación de modelos de robots propios y se también se cargaron modelos de robots comerciales con los que cuenta la librería, parael desarrollo del estudio de la cinemática y dinámica. Se programó la simulación en el seguimiento de trayectorias para los robots manipuladores. Se generó el código para la comprobación de colisiones y realiza pruebas rápidas con el hardware en físico. Falta por explotar la librería en la sincronización de modelos de Simulink con simuladores 3D para generar versiones virtuales de entornos de trabajo. Se cuentan con dos plataformas que se pueden descargar en la siguiente dirección. 1. https://drive.google.com/drive/folders/1Qb55kJgKhb8YzfF8CopZv4vAK_kfpRMt?usp=sharing 2. https://drive.google.com/drive/folders/1Qb55kJgKhb8YzfF8CopZv4vAK_kfpRMt?usp=sharing Ver documento adjunto para mayores detalles. | - |
| dc.description.products | Simulador.Simulación de robot manipulador cinemática directa e Inversa: Para el estudio de la cinemática directa e inversa y para la generación de los simuladores se utilizó como ejemplo el Robot IRB-140 de la marca ABB. Es un robot para uso industrial que realiza distintas tareas dependiendo del efector final que se le ajuste. Puede realizar trabajos como paletizado, llegando a cargar hasta 5 kg, es un robot compacto pues llega a medir en su posición “HOME” 810mm de altura. Se utilizó la librería de ROBOTICS SYSTEM TOOLBOX. Este toolbox adicional a Matlab permite desarrollar varias funciones para el estudio, comprensión y visualización de robots manipuladores de una manera interactiva, cuenta con una amplia variedad de comandos para realizar el diseño, el control y el análisis cinemático y dinámico en diferentes entornos. Ver documento adjunto para mayor detalle de esta actividad, dado que se generaron dos plataformas de simulación una de cinemática directa y otra de cinemática inversa. | - |
| dc.description.products | Hardware.Modelo 3D Robot manipulador: Se cuenta con el desarrollo del modelo del manipulador, el proyecto se desarrolló de la siguiente forma: primero en la conceptualización de instrumentar un robot manipulador para la enseñanza en materia de Ingeniería, donde se define como: “Un conjunto de conocimientos en ingeniería, para el desarrollo conceptual, físico y didáctico” lo cual implica el seguimiento de diversas materias en el desarrollo y la suma importancia de estas. Dentro de las características del modelo se tiene la conceptualización, planificación y desarrollo del proyecto que conlleva a idealizar un objetivo en robótica, partiendo del ya antes mencionado, en la conceptualización se integra el concepto inicial, el análisis estático y dinámico, el desarrollo del diseño, la integración de instrumentación y control. Los puntos clave de proyecto considerados fueron: A). Idealizar el concepto para el entendimiento de este. B). Comprender la aplicación matemática al desarrollo. C). Analizar los retos que contiene. D). Fundamentar el objetivo. E). Realizar el proyecto físico. F). Generar experiencia a partir del desarrollo de este. Para la parte de la conceptualización del proyecto se tomó en cuenta: el Diseño de un robot manipulador (serial), con 5 GDL, instrumentado por diferentes actuadores y controlado por una tarjeta de desarrollo abierto (Arduino); Diseñado por software (SolidWorks) para posteriormente pasar a manufactura y programación del control (Hardware). | - |
| dc.description.outcomes | En las carreras de Ingeniería Industrial y Mecánica, las asignaturas de Instrumentación y Control y Robótica de la Facultad de Estudios Superiores Aragón, así como en la Facultad de Ingeniería C.U, no cuenta con un laboratorio por lo que el banco de pruebas y el uso de simuladores es un apoyo que contribuirá en el fortalecimiento e innovación de la enseñanza. Se desarrolló material didáctico para la asignatura de Robótica e instrumentación de la carrera de Ingeniería Industrial y Mecánica de la FES Aragón, basada en acondicionamiento de sensores, actuadores y simuladores, orientado a que los alumnos puedan interactuar con estos, como un sólo instrumento o implementados en un sistema, ofreciendo a los alumnos de Ingeniería conocimientos sólidos y prácticos, así los alumnos podrán observar su comportamiento y se enfrentarán a problemas que ayudarán a su aprendizaje autónomo. Con la generación del material desarrollado se favorece el aprendizaje, con conocimiento teórico y también práctico. Para el desarrollo de la asignatura de robótica se ven relacionadas materias de Ciencias Básicas, Ciencias aplicadas. Es una de las pocas asignaturas que logra integrar al mayor número de materias para su aplicación, por lo que es importante tener material de apoyo que facilite al alumno la comprensión, y la aplicación práctica de los conocimientos adquiridos en clase. Debido a la situación que se está viviendo actualmente, la pandemia, el uso de simuladores permite dar clases en línea y que los alumnos vean ejemplos muy cercanos a la realidad, ayudando a tener una mejor comprensión de los conceptos. El material desarrollado con los simuladores se puso a prueba en la asignatura de Robótica del semestre 2021-1, teniendo resultados muy favorables por parte de los alumnos. De esta forma, los alumnos y profesores se ven beneficiados al contar con material de apoyo, los temas pueden explicarse y entenderse de forma sencilla, reforzando y mejorando el proceso de enseñanza y aprendizaje. | - |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías | |
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