Vex Robotics

Las soluciones de Vex Robotics http://www.vexrobotics.com/ son las más avanzadas de la denominada “Robótica Educativa”. Existen conjuntos predefinidos como el de la imagen que incluyen todo lo necesario para diseñar, construir, operar, comprender y aprender los conceptos de matemáticas, ciencia, tecnología e ingeniería, con robots autónomos programables mediante el potente micro-controlador Cortex u operados por radio. Se pueden comenzar a utilizar a partir de los 14 años, es decir, en el segundo ciclo de la ESO. El Autodesk VEX Robotics Curriculum está diseñado para ayudar a los estudiantes a dominar los fundamentos de la robótica y el proceso de diseño e ingeniería DesignThinking. Esto se puede lograr mientras se aprende a usar el software Autodesk Inventor de diseño. Es importante resaltar la alta gama de productos Vex Robotics, la variedad de curriculums educativos desarrollados, los proyectos de competición para las propias clases así como las muy variadas competiciones. En los distintos proyectos se repiten los siguientes conceptos:

a) Identificación de necesidades: en multitud de ocasiones los ingenieros no proyectan sus propias ideas, sino que se trata de solventar necesidades reales de la población. Sin una correcta comprensión del problema es difícil dar con la respuesta idónea. En el caso de los proyectos robóticos VEX se trata de resolver problemas concretos o conseguir un determinado número de puntos en una prueba.

b) Definición del problema: Son cuatro pasos.

Tener una idea clara de los parámetros del problema o prueba.
Hacer una lista de objetivos y clasificarlos según importancia.
En muchas ocasiones el robot no puede realizar todo lo que se demanda. No siempre se puede hacer todo bien.
Es importante diseñar priorizando, de modo que se puedan realizar tantas tareas como seaposible y algunas de ellas lo mejor posible.

c) Investigación: puede ser una labor individual o a desarrollar en grupo. Es muy importante “No reinventar la rueda”. Algunas antiguas ideas que finalmente no funcionaron es posible que a día de hoy, con el avance de las distintas tecnologías, sean factibles. Por otro lado, el entorno en el que debe operar la máquina, las limitaciones o condicionantes del proyecto o prueba, así como las medidas y las dimensiones, son aspectos críticos en el desarrollo de todo robot.

d) Tormenta de ideas: Es preciso realizarlo en grupo. Hay que considerar múltiples visiones, acercamientos, propuestas y soluciones al problema planteado sin analizarlas en un primer momento. Sólo después de tener un buen número se puede comenzar con la criba de las distintas ideas. Es importante prestar atención tanto al global como a cada una de las partes. Lo óptimo sería llegar a tres posibles diseños y evaluar

cada uno de ellos. ¿Tenemos recursos (piezas) para llevar a cabo dichos diseños? ¿Se puede optimizar el número de piezas?

e) Diseño, testeo y evaluación del diseño seleccionado: los buenos diseñadores son flexibles e intentan no omitir nada importante de modo que el resultado sea práctico y factible. Se comienza con esquemas, croquis y dibujos hasta la realización de los planos en CAD. Luego pueden realizarse prototipos virtuales y simulaciones mediante el ordenador. En esta fase se analiza y optimiza la solución propuesta o se puede llegar a tomar la decisión de desechar la misma.

f) Construcción de prototipo: se evalúa según el coste, estética, durabilidad, facilidad de construcción y cumplimiento de los requisitos solicitados.

g) Rediseño: proceso iterativo mediante hipótesis, prueba y error sobre el propio producto y/o mediante ordenador hasta dar con la solución óptima.

Las entidades americanas Carnegie Mellon Robotics Academy (parte de la Universidad del mismo nombre, que se basa en la robótica educativa), Autodesk (desarrollador de software de diseño/dibujo/… como Autocad), Da Vinci Minds (organización para potenciar el uso de las tecnologías en la educación) e Intelitek (desarrollador, productor y distribuidor de soluciones tecnológicas para el aprendizaje) han desarrollado sus propios Vex Robotics Curriculum.

La Carnegie Mellon Robotics Academy presenta el Vex Curriculum 2.0 basado 100% en la web, interactivo y con multitud de videoshttp://www.education.rec.ri.cmu.edu/roboticscurriculum/vex_online/lessons/mechanics/kinematics/kinematics.html), guías de trabajo (ej: Envío de señales), cuestionarios (ej: Capacidad elevación del robot), documentos explicativos (ej: Corriente necesaria) y guías de recursos y explicación de los mismos. Se detallan una serie de tiempos de dedicación para los distintos estudios, trabajos y actividades pero depende enormemente de la profundidad necesaria y de las asignaturas del Curriculum Educativo que se pretendan abarcar. En cualquier caso puede dar para unos 2 años de trabajo.

El Curriculum presentado satisface los estándares educativos en materias como matemáticas, ciencias, tecnologías y técnicas de comunicación (lectura, escritura, comprensión y presentaciones) y se divide en 6 secciones:

1.- Seguridad, gestión y planificación de proyectos son actividades de todas las lecciones.

2.- Lecciones de robótica: ¿cómo se envían las señales? ¿cuánta corriente necesita el robot? ¿qué carga puede levantar el robot? ¿cómo afectan los engranajes y desarrollos a las velocidades y pares transmitidos? ¿cómo afecta el tamaño de las ruedas? ¿funcionamiento de sensores? ¿encoders para control del movimiento?

3.- Lecciones de mecánica: fuerza, par, centro de gravedad, estática, inercia, cinemática, dinámica y máquinas. Todas ellas tienen un elevado contenido y nivel de matemáticas.

4.- Lecciones de programación: control remoto, sensores, lógica de programación y uso de solución Robo TC.

5.- Actividades de ingeniería: ¿Qué es la ingeniería? ¿Proceso de ingeniería? y proyectos: Goldberg challenge, Orchard Challenge, Hot Dog Maker Design Challenge y Automated Work Cell.

6.- Recursos: electrónica (realización de empalmes y conexiones, soldaduras, elementos de multi-medida y construcción de sensores analógicos–potenciómetros y digitales-contacto), mecánica (cierres y uniones mediante tornillos, arandelas, tuercas, remaches, etc. y hasta 40 herramientas de mano) y electricidad básica (electricidad mediante un limón, circuitos de corriente continua, esquemas, solenoides electromagnéticos, relés, motores de corriente continua) y aplicaciones avanzadas (actuadores electromecánicos, neumática y construcción de robots con motores distintos a los VEX y uso de otros sistemas electromecánicos).

El Curriculum desarrollado por Autodesk VEX Autodesk Curriculum combina el sistema de diseño Autodesk Inventor con la robótica. Se puede desarrollar a lo largo de un curso lectivo (y en torno a las 120 horas) mediante su estructura modular progresiva en 17 lecciones (introducción a VEX y a la robótica; introducción a Autodesk Inventor; Construyendo un Protobot; micro-controlador y transmisor; velocidad, potencia, par y motores DC; engranajes, cadenas y dientes, engranajes avanzados; fricción y tracción; diseño de transmisiones 1 y 2; excavadora; manipulación de objetos; juntas rotatorias; diseño de acumuladores; uniones; amortiguadores, limitadores e interruptores; integración de sistemas). Con todo ello se consigue satisfacer los Estándares académicos. En cada lección se ofrecen unos test, por ejemplo, Test Unit 10. Tras determinadas lecciones se realizan hasta un total de cuatro proyectos. El primero de ellos es Protobot Ball.

Una característica esencial del Curriculum VEX Autodesk es el proceso de diseño que consta de 4 fases (para cada una de las 17 lecciones):

Estudio: conceptos científicos e ingenieriles para abordar el problema.
Creación: modelado 3D, prototipado digital mediante Autodesk dentro de la fase de diseño y desarrollo.
Construcción: del propio robot. Se validan las dos fases anteriores.
Prueba: presentación del proyecto, testeo de la solución, competición y contraste con compañeros de clase.

En la página web de Autodesk se propone un proyecto para VEX Robotics Competition – Gateway.http://curriculum.autodesk.com/student/public/Level3/overview/project_id/32/project_type/individual

Enfoque distinto es el de la organización Da Vinci Minds que presenta el curriculum AIM Engineering Maths cuyo principal objetivo es la enseñanza de las matemáticas en un entorno ingenieril en el que se desarrollan los siguientes conceptos (Neumática: principios de presión y flujos, Ingeniería de materiales, Sistemas de control de procesos, Hidráulica: conceptos básicos, Diseño de estructuras, Aplicaciones de control, Medidas eléctricas, Procesos de diseño, Transmisiones mecánicas, Procesos de fabricación, Tecnología de plásticos, Aseguramiento de la calidad, Sistemas térmicos y Robótica y programación). Todo esto se lleva a cabo a lo largo de un curso lectivo y en 6 temas:

Construcción de un puente (con espaghettis, cola,…)
Construcción de un robot que de desplace para coger una carga y la deposite en otro lugar.
Construcción de un robot futbolista que meta gol con una pelota de tenis y utilizando al menos un actuador neumático
Construcción de un robot que desplace una carga de 3 Kgs. (sin que toque el suelo) de un punto a otro y evitando obstáculos.
Construcción de un robot que se desplace de modo autónomo evitando obstáculos y realice un baile con al menos 4 pasos distintos.
Por último, construcción de un robot de navegación autónoma que finalmente realice una serie de tareas de modo autónomo o por control remoto.

La compañía Intelitek presenta el REC VEX Curriculum con objeto de facilitar el aprendizaje de física, programación, sistemas mecánicos y sistemas eléctricos y electrónicos mediante una serie de actividades y proyectos repartidos en dos módulos (un módulo por curso lectivo). El módulo REC1 (Robotics Engineering Curriculum) consta de 38 actividades repartidas en 6 unidades y el REC2 de 26 actividades repartidas en 6 unidades. Las actividades son:

REC1: Introducción a la robótica, introducción a la programación con VEX, física y robótica, sensores, brazos y actuadores y proyecto final. Se practica con el robotBasebot.
REC2: Introducción a la electrónica, propiedades mecánicas, programación avanzada en C, brazos robóticos industriales, mecánica avanzada y proyecto final.

Intelitek proporciona también un curso de Introducción a la robótica competitiva mediante la construcción del BumperBot. Es una forma de acercarse a la competición robótica diferente de la directamente proporcionada por Vex Robotics para el Swept Away. En 18 semanas se desarrolla el Classroom Robotics Competition Curriculum. Otra competición es la Vex Gateway.