Robótica en la Universidad de Alcalá

• Los cursos que se proponen para el mes de Julio de 2014 están orientados para introducir a los participantes de forma práctica en el diseño de robots móviles autónomos.
• El programa está formado por 5 minicursos de 5 horas de duración cada uno, que se pueden ver de forma conjunta como un curso de 25 horas.
• Todos los minicursos tienen un enfoque muy práctico estando orientados a que los participantes se inicien en el área de la robótica móvil.
• Para un adecuado aprovechamiento de los cursos, los participantes deben tener conocimientos básicos de programación en lenguaje C o en un lenguaje simular de alto nivel.
• Muchas de las prácticas se harán con apoyo de la plataforma de hardware abierto Arduino debido a su sencillez de manejo.
• Los estudiantes de la Universidad de Alcalá podrán beneficiarse de descuentos importantes en el importe de los cursos y en la convalidación por créditos Transversales o de Libre Configuración.

Curso completo de Introducción a la Robótica Móvil (25 h)

Este curso de 25 horas está formado por 5 módulos que coinciden con los 5 minicursos expuestos a continuación (que se podrían seguir por separado). Los participantes al curso completo tendrán una visión completa de los elementos básicos de un robot móvil y capacidad para construirse su propio robot como proyecto personal.

• Módulo 1: Introducción a la Robótica Móvil y Plataforma Arduino.
 
• Módulo 2: Introducción a los sistemas sensoriales en robots móviles.
 
• Módulo 3: Introducción a los motores y a la electrónica de potencia en robots móviles.
 
• Módulo 4: Introducción a la programación de robots móviles.
 
• Módulo 5: Diseño mecánico de robots móviles.
  

Introducción a la robótica móvil y Plataforma Arduino (5 h)

Profesores: Julio Pastor, Pedro Revenga

En este minicurso de 5 horas de duración se hará una introducción a la robótica en general, se hablará de proyectos y competiciones de robótica móvil que existen para estudiantes universitarios y preuniversitarios, se introducirán los elementos básicos de los robots móviles que se tratarán con más detalle en el resto de minicursos, y se presentará la plataforma de hardware y software abierto Arduino que ha tenido mucho éxito debido a su reducido coste, su sencillez de utilización y la gran cantidad de ejemplos disponibles en Internet.

Contenido

· Robots móviles. Evolución, tipos y aplicaciones. Competiciones de Robots.

· Introducción a la plataforma Arduino. Empezando a programar.

· Ejemplos de conexión y uso de periféricos sencillos: LEDs, pulsadores, potenciómetros, zumbador, Display LCD.

· Comunicación serie con Arduino. Acceso a dispositivos I2C y SPI.

· Utilizando interrupciones.

· Ejemplos de proyectos con Arduino

Metodología

El minicurso comienza con una presentación de la robótica móvil acompañada de abundantes vídeos, junto con la descripción de la plataforma Arduino. En una segunda parte, se realizarán prácticas de laboratorio con hardware real donde se tendrá la oportunidad de aprender a interactuar con elementos externos. Las prácticas se realizarán en un laboratorio con dos personas por ordenador o utilizando el ordenador portátil propio.

Introducción a los sistemas sensoriales de los robots móviles (5 h)

Profesores: Julio Pastor, Pedro Revenga

Uno de los elementos fundamentales de un robot móvil son los sensores que permiten que el robot sea capaz de percibir lo que sucede a su alrededor o conocer cómo evoluciona su comportamiento, es decir saber a qué distancia está un objeto o qué velocidad se está moviendo, etc. Este minicurso introduce a los participantes en el manejo de los sensores más utilizados en la robótica móvil: sensores de distancia, sensores que permiten detectar una línea en el suelo, sensores de velocidad de una rueda, y otros sensores más avanzados como acelerómetros, giróscopos, etc. Las prácticas se realizarán con la ayuda de la plataforma Arduino y de sensores reales utilizados en robótica.

Contenido

· Introducción a los sensores

· Sensores de distancia: ultrasonidos e infrarrojos

· Sensores para detectar líneas en el suelo: sensores reflexivos.

· Sensores de medida de velocidad: encoders.

· Acelerómetros y giróscopos.

Metodología

Tras una introducción teórica de los diferentes tipos de sensores, la forma de ser utilizados en robots móviles, y la forma de fabricarlos o conseguirlos, se realizarán prácticas con diversos sensores analizando sus características y viendo cómo se pueden utilizar con la plataforma Arduino.

Introducción a los motores y a la electrónica de potencia en robots móviles (5 h)

Profesores: Pedro Revenga, Julio Pastor

Otro elemento imprescindible en un robot son los sistemas que le proporcionan el movimiento: los motores y la electrónica que les da la energía para poderse mover. Este minicurso introduce a los participantes en el funcionamiento y utilización de motores para la construcción de robots móviles. Se explican conceptualmente los motores más utilizados en robótica móvil (servomotores, motores de corriente continua, paso a paso y motores brushless) y la forma de controlarlos desde un circuito basado en microprocesador como es la plataforma Arduino. Se explica también conceptualmente la electrónica de potencia que es necesaria excitar un motor y los componentes más utilizados junto con los parámetros que los caracterizan y que son importantes para elegir el más adecuado.

Contenido

· Introducción a los motores de corriente continua.

· Excitación de un motor de corriente continua: puente en H y señal PWM.

· Servomotores de radiocontrol.

· Introducción a los motores brushless: concepto y utilización.

· Introducción a los motores Paso a Paso

Metodología

Tras una introducción teórica de los diferentes contenidos, se realizarán prácticas donde se conectará un motor de corriente continua y un servomotor a la plataforma Arduino controlando por software su movimiento.

Introducción a la programación de robots móviles: algoritmos de control y máquinas de estado (5 h)

Profesores: Fco. Javier Rodríguez, Julio Pastor

Cuando ya se dispone de un robot montado, es necesario darle vida y que se comporte como nosotros queremos con la precisión que queremos. En este minicurso se introduce a los participantes en el mundo del control en lazo cerrado que permitirá que los motores mantengan una velocidad o los servomotores una posición determinada, que ayudará a seguir con precisión una línea o a seguir un objeto. Se comenzará con un enfoque clásico (control PID) y se introducirá el control borroso. Además, se expondrá la forma de implementar máquinas de estados programadas como una forma sencilla de programar comportamientos en los robots que permitan realizar varias cosas a la vez.

Contenido

· Introducción al control en lazo cerrado.

· Introducción al control PID

· Introducción al control borroso.

· Introducción a las máquinas de estados programadas.

Metodología

Este módulo tiene una mayor componente teórica que el resto de los módulos realizando las prácticas con Arduino y con Lego Mindstorms.

Diseño mecánico de robots móviles: diseño e impresión de piezas en 3D (5 h)

Profesores: Pedro Revenga, Enrique Santiso

Otro de los elementos fundamentales y en muchos casos más condicionantes del comportamiento del robot es su estructura mecánica. En este minicurso los participantes conocerán los elementos básicos mecánicos que se utilizan en el diseño de robots móviles y de mecanismos sencillos. También se mostrará el funcionamiento de una impresora 3D y la forma de diseñar y construir piezas mecánicas propias a medida.

Contenido

· Elementos mecánicos básicos: engranajes, reductoras, rodamientos.

· Propiedades básicas de los materiales y las estructuras mecánicas.

· Diseño de piezas en 3D con programas CAD

· Diseño de piezas en 3D con Open-SCAD

· Impresión de piezas en 3D y otros métodos de fabricación.

Metodología

El curso tiene dos partes: en una primera parte se introducen los elementos básicos del diseño de mecanismos que pueden formar parte de un robot móvil así como las herramientas de diseño más utilizadas. En una segunda parte se realizarán prácticas de diseño de estructuras imprimibles en una impresora 3D con OpenSCAD.