Crear un Transportador industrial

Preparar
- Lea este material para el profesor.
- Si lo considera necesario, prepare una lección con el material de primeros pasos que hay en la Aplicación de programación EV3 o el Software de Laboratorio EV3. Así, los alumnos pueden ir familiarizándose con LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Despertar el interés (30 min.)
- Aproveche las ideas de la sección Debate abierto para animar a los alumnos a hablar sobre temas relacionados con este proyecto.
- Explique el proyecto.
- Ponga a los alumnos por parejas.
- Deles tiempo para que digan todas las ideas que se les ocurran.

Explorar (30 min.)
- Pida a los alumnos que creen varios prototipos.
- Anímeles a explorar tanto el montaje como la programación.
- Haga que cada pareja de alumnos monte y pruebe dos soluciones.

Explicar (60 min.)
- Pida a los alumnos que prueben sus soluciones y elijan la mejor.
- Asegúrese de que son capaces de crear sus propias tablas de prueba.
- Deje tiempo para que cada equipo termine su proyecto y reúna datos para documentar su trabajo.

Desarrollar (60 min.)
- Dé a los alumnos tiempo para que preparen sus informes finales.
- Organice una sesión en la que cada equipo presente sus resultados.

Evaluar
- Valore el trabajo que ha hecho cada alumno.
- Puede usar las rúbricas de evaluación facilitadas para simplificar el proceso.

Los transportadores industriales pueden mover cosas que van desde materia prima a productos terminados y envasados entre diferentes puntos. La cinta transportadora es el ejemplo más conocido, aunque se ha desarrollado una amplia gama de sistemas transportadores para mover eficazmente toda clase de objetos.

Anime a los alumnos a hacer una lluvia de ideas.

Pídales que se planteen estas preguntas:

• ¿Qué es un transportador industrial y dónde se usa?
• ¿Qué tipo de mecanismo motorizado puede usarse para mover una bola?
• ¿Cómo puede el sistema robótico mover la bola sin perder el control de la misma?
• ¿Qué papel desempeña el sensor? ¿Cómo puedes evaluar el funcionamiento de tu sistema robótico?

Anime a los alumnos a que documenten sus ideas iniciales y expliquen por qué han elegido la solución que van a usar para su primer prototipo. Pídales que describan cómo van a evaluar sus ideas durante el proyecto. Así, mientras revisan y comprueban su trabajo, tendrán información específica que pueden usar para evaluar su solución y decidir si es o no efectiva.

Extensiones de lengua castellana

Para incluir el desarrollo de habilidades en lengua castellana, anime a los alumnos a:

Opción 1

• Usar su trabajo escrito, bocetos o fotos para resumir su proceso de diseño y crear un informe final.
• Crear un vídeo que muestre su proceso de diseño, desde sus ideas iniciales hasta su proyecto final.
• Crear una presentación de su programa.
• Hacer una presentación que relacione su proyecto con aplicaciones reales de sistemas similares y describa nuevos inventos que podrían realizarse tomando como base lo que han creado.

Opción 2
Además, en esta lección los alumnos han creado un sistema que mueve un balón a lo largo de un camino en imitación de los sistemas utilizados en la fabricación moderna.

• Reflexionar acerca de si los fabricantes modernos deberían preocuparse por la seguridad en Internet o por la seguridad interna de los datos y escribir un ensayo descriptivo acerca de la fabricación moderna y el uso de datos en la nube
• Describir el uso de sistemas transportadores en centros de distribución para actividades de compra online
• Debatir las ventajas e inconvenientes del almacenamiento en la nube de los datos de compra de los clientes

Actividades adicionales de matemáticas

En esta lección, los alumnos han creado un sistema que mueve un balón a lo largo de un camino en imitación de los sistemas utilizados en la fabricación moderna. Muchos procesos de fabricación modernos utilizan la automatización para la producción y el control de calidad. Puede utilizarse una forma de inteligencia artificial denominada aprendizaje automático para analizar los datos de rendimiento y generar nuevos procedimientos para mejorar el rendimiento y la eficiencia globales. Los ingenieros de fabricación hacen esto recogiendo amplios conjuntos de datos que describen el rendimiento y la eficiencia del sistema. Se utilizan algoritmos de aprendizaje automático para analizar estos conjuntos de datos y ayudar a tomar decisiones que mejoren el rendimiento y la eficiencia.

Para incorporar el desarrollo de actividades matemáticas y explorar temas relacionados con la fabricación, tales como el control de calidad y el aprendizaje automático, anime a los alumnos a:

• Añadir hardware y software a sus diseños para medir el rendimiento y dar con maneras de representar el rendimiento de sus máquinas con medidas cuantitativas.

• Teniendo en cuenta que al realizar el control de calidad y el análisis de rendimiento, máquinas y seres humanos por igual deben evaluar qué es «suficientemente bueno», desarrollar representaciones cuantitativas de «suficientemente bueno» para sus diseños

• Teniendo en cuenta que el aprendizaje automático es la herramienta necesaria para explorar grandes conjuntos de datos y tratar de discernir las complejas relaciones entre los datos (es decir, los pasos seguidos) y rendimiento de las máquinas, enumerar tantas variables como sea posible que estén presentes en sus sistemas y puedan ejercer un impacto sobre el rendimiento y la eficiencia

Ideas de montaje
Dé a los alumnos la opción de montar algunos ejemplos que encontrarán en los siguientes enlaces. Anímeles a explorar cómo funcionan estos sistemas y a hacer una lluvia de ideas sobre cómo estos sistemas podrían inspirarles una solución que puedan desarrollar en la Presentación del diseño.

• Base para bola 1
• Receptor
• Sensor de color 2
• Herramienta de agarre
• Rampa
• Plataforma sube y baja
• Orugas
• Plataforma giratoria

Consejos para realizar pruebas
Anime a los alumnos a diseñar su propia configuración y procedimiento de prueba para elegir la mejor solución. Estos consejos pueden ayudar a los alumnos a la hora de preparar las pruebas:

• Crear tablas de prueba para anotar las observaciones.
• Evaluar la precisión del sistema robótico comparando los resultados esperados con los reales.
• Repetir la prueba un mínimo de tres veces.

Solución de muestra
Esta es una solución de muestra que cumple los criterios de Presentación del diseño:

Programa de muestra MicroPython EV3

#!/usr/bin/env pybricks-micropython

from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import Motor, TouchSensor, ColorSensor
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, SoundFile
from pybricks.tools import wait
from random import randint

# Configure the belt motor, which drives the conveyor belt.  Set the
# motor direction to counterclockwise, so that positive speed values
# make the conveyor move upward.
belt_motor = Motor(Port.A, Direction.COUNTERCLOCKWISE)

# Configure the "catch" motor with default settings.  This motor moves
# the ball to either cup.
catch_motor = Motor(Port.D)

# Set up the Color Sensor.  It is used in Reflected Light Intensity
# Mode to detect when the ball is placed at the bottom of the conveyor
# belt.
color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

# Set up the Touch Sensor.  It is used to detect when the ball reaches
# the catch at the end of the ramp.
touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

# Initialize the conveyor belt.  This is done by slowly running the
# motor backward until it stalls.  This means that it cannot move any
# further.  Then it resets the angle to "0."  This means that when it
# rotates backward to "0" later on, it returns to this starting
# position.
belt_motor.run_until_stalled(-300, Stop.BRAKE, 30)
belt_motor.reset_angle(0)

# This is the main part of the program.  It is a loop that repeats
# endlessly.
#
# First, it waits until the ball is placed on the conveyor belt.
# Second, the ball is moved upward until it reaches the ramp where it
# rolls down to the catch.
# Finally, the ball is moved to the left or the right cup, or an error
# sound is made, chosen at random.
#
# Then the process starts over.  The ball can be placed at the
# beginning of the conveyor belt again.
while True:

    # Wait until the ball is placed in front of the Color Sensor.
    while color_sensor.reflection() < 5:
        wait(10)
    wait(500)
    
    # Move the ball up on the conveyor belt.
    belt_motor.run_target(250, 450, Stop.COAST, False)

    # Wait until the ball hits the Touch Sensor at the catch at the end
    # of the ramp.
    while not touch_sensor.pressed():
        wait(10)
    
    # Generate a random integer between "-1" and "1" to determine what
    # to do with the ball.
    catch_command = randint(-1, 1)

    # If it generates a "1," change the light to green and move the
    # ball to the right cup.
    if catch_command == 1:
        brick.light(Color.GREEN)
        catch_motor.run_target(400, -20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # If it generates a "0," change the light to orange and move the
    # ball to the left cup.
    elif catch_command == 0:
        brick.light(Color.ORANGE)
        catch_motor.run_target(400, 20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # Otherwise, change the light to red and play an error sound.
    else:
        brick.light(Color.RED)
        brick.sound.file(SoundFile.RATCHET)
        wait(1000)
    
    # Return the conveyor belt to its starting position.
    belt_motor.run_target(250, 0)

Es posible que a los alumnos que han disfrutado con la lección les interese explorar estas carreras profesionales:

• Fabricación e Ingeniería (tecnología mecánica)
• Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (ingeniería y tecnología)

Lista de comprobación de la observación del profesor
Cree una escala que se ajuste a sus necesidades, por ejemplo:

1. Parcialmente superado
2. Totalmente superado
3. Superado con creces

Use estos criterios de logro de resultados para evaluar el progreso de los alumnos:

• Los alumnos son capaces de evaluar soluciones de diseño rivales basándose en criterios priorizados y soluciones de compromiso.
• Los alumnos son autónomos a la hora de desarrollar una solución creativa que funciona.
• Los alumnos son capaces de expresar sus ideas con claridad.

Autoevaluación
Cuando los alumnos hayan reunido varios datos sobre el funcionamiento, deles tiempo para que analicen sus soluciones. Ayúdeles planteando preguntas como:

• ¿Cumple tu solución los criterios de Presentación del diseño?
• ¿Puedes hacer que los movimientos del sistema robótico sean más precisos?
• ¿Cómo han resuelto otros este problema?

Pida a los alumnos que hagan una lluvia de ideas y documenten dos formas de mejorar sus soluciones.

Comentarios de los compañeros
Facilite un proceso de revisión con los compañeros en el que cada grupo tenga que evaluar sus propios proyectos y los de otros. Este proceso de revisión puede ayudar a los alumnos a desarrollar habilidades de crítica constructiva y mejorar sus habilidades de análisis y capacidad de usar datos objetivos para justificar un argumento.