Desafío de la PuertaAutomatizada

Sistemas de Tecnología: Desafíos Integrados de Ingeniería Paquete de Desafíov2.0

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Miembros de equipo:

1. 3.

2. 4.

Resumen del desafíoEn este desafío, los equipos desarrollarán una puerta automatizada que se controla utilizando el controlador de robótica programable ROKduino y un sensor de contacto. A lo largo del desafío, los estudiantes harán una lluvia de ideas, crearán prototipos y llevarán a cabo investigaciones a medida que desarrollan una solución al desafío. Haga clic aquí para explorar toda la biblioteca curricular de Kid Spark.

Objetivos de aprendizaje y alineamiento NGSS Diseñar una puerta mecánica que pueda abrirse y cerrarse al mando. Crear un esquema/programa que se pueda cargar en el ROKduino y se utilice para controlar la puerta mecánica. Demostrar/presentar una puerta automatizada funcional a sus compañeros.

Práctica científica y de ingeniería - Planear y desarrollar investigaciones Conceptos transversales - Causa y efecto; mecanismo & explicación

EscenarioSpark City ha construido recientemente una estación de acoplamiento para almacenar su vehículo Maker ROK-Bot mientras no está en uso. La ciudad desea instalar una puerta automatizada que se pueda abrir y cerrar bajo el mando.

Desafío de diseño e ingenieríaSu reto es utilizar Diseños & Procesos de Ingeniería de Kid Spark para desarrollar una puerta automatizada que se puede conectar a la entrada de la estación de acoplamiento MakerROK-Bot. Su equipo será responsablede diseñar la puerta mecánica, así como de crear unesquema que se pueda cargar en el ROKduino y utilizarpara controlar la puerta.

*Las instrucciones de construcción para ensamblar la Estación de Acoplamiento del Maker ROK-Botse encuentran en la página 3.

Estación de Acoplamientodel Maker ROK-Bot

Maker ROK-Bot

Tiempo de actividad: 120 - 180 Minutos

Nivel de grado objetivo: 6 - 8

Agrupación de estudiantes: Equipos de hasta 4

Materiales adicionales de la lección: - Plan de Lección del Instructor- Video de ejemplos de soluciones

Laboratorio STEM Móvil de Kid Spark:Engineering Pathways

Unidades de Kid Sparknecesarias:

Aplic

aion

es e

n Di

seño

e In

gien

iería

Sist

emas

de

Tecn

olog

íaFundamentos de Kid Spark

Máquinas Compuestas

Prototipado rápido & Impresión 3D

Robotica & Codificación 101

Robotica & Codificación - Sensor Deep Dive

Desafíos Integrados de Ingeniería

Máquinas Simples

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Criterios y restricciones del desafío1. Los equipos deben trabajar en cada paso del proceso Kid Spark Diseño & Ingeniería (consulte la página 4) para diseñar, crear prototipos y refinar una puerta automatizada personalizada. Los equipos pueden encontrar ejemplos de ideas de solución en la página 5.2. La puerta debe ser controlada usando el ROKduino. Los equipos serán responsables de desarrollar un esquema personalizado que abra y cierre la puerta al mando. Consulte las páginas 7 a 8 para obtener ayuda en el desarrollo de un programa/esquema. *Se anima a los equipos a revisar los esquemas de ejemplo de la lección del Sensor de Contacto (Robótica & Codificación-SensordeInmersión) mientras están desarrollando su esquema para este desafío.

3. Se debe utilizar al menos un sensor de contacto en el diseño para abrir/cerrar la puerta. Los equipos pueden usar sus manos para activar el sensor de contacto para abrir/cerrar la puerta. Los equipos pueden integrar sensores adicionales al diseño si lo desean.

4. La puerta debe permanecer abierta durante al menos (10) segundos para permitir al Maker ROK-Bot tiempo suficiente para entrar o salir de la estación de acoplamiento.

5. Con cada componente del edificio que cuesta $2, la puerta automatizada debe costar menos de $130. Los materiales que se utilizaron para ensamblar la estación de acoplamiento Maker ROK-Bot no cuentan para el presupuesto de $130.

6. La puerta automatizada debe ser estructuralmente estable, bien proporcionada y estéticamente atractiva.

7. Cada equipo deberá explicar eficazmente todos los aspectos de la lluvia de ideas, la creación de prototipos, las pruebas y la mejora de su puerta automatizada. Los equipos también serán responsables de explicar el esquema/programa que desarrollaron para controlar la puerta.

Desafío avanzado: Incorpore un sensor o sensores adicionales que se utilizan para detener la puerta cuando está completamente abierta o completamente cerrada. Esto significa que no se debe utilizar un retraso en el programa/ esquema para controlar cuánto se abre o se cierra la puerta.

2

La puerta debe ser construida paracerrar el área resaltada de la estaciónde acoplamiento.*Consulte la página 5 para verejemplos de soluciones.

3

InstruccionesSiga las instrucciones paso a paso para montar la estación de acoplamiento Maker ROK-Bot.

1 2

La puerta debe ser construida paracerrar el área resaltada de la estación

de acoplamiento.

*Consulte la página 5 para verejemplos de soluciones.

4x Vigas

2x Camino Recto

4x Bloques

2x Entradas de camino

4x Bloques de un broche

de presíon

3

7x Vigas

4x Bloques

4

Desafío de diseño e ingenieríaSiga cada paso en el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución al desafío. Active la casilla a medida que se completa cada paso. Rellene los espacios en blanco cuando sea necesario.

1. Identificar el desafío

Desafío: ________________________________________________________________

Revise los criterios y restricciones de desafío. Ver página 2

2. Lluvia de ideas y soluciones

Discutir ideas de diseño. Ver página 5

Dibuje ideas y considere qué sensores de entrada y módulos de salida se utilizarán en el diseño. Ver página 6

Considere la posibilidad de crear componentes y costos.

3. Construir un prototipo

Cree un prototipo funcional del diseño que incluya un programa/esquema de ejemplo. Ver páginas 7 - 8

4. Probar y mejorar el diseño

Pruebe y mejore el diseño para el rendimiento y la consistencia.

Revise las rúbricas de clasificación (página 10), así como los criterios y restricciones del desafío (página 2).

Considere maneras de reducir los costos sin sacrificar la calidad ni el rendimiento.

Ajuste el esquema/programa. Busque maneras de hacer que el esquema/programa sea más eficiente.

5. Explicar el diseño

Determine las especificaciones del diseño que se creó. Ver página 9

Analice los siguientes puntos con su equipo y esté preparado para compartir con el resto de la clase. a. ¿Cómo llegó el equipo a la solución final? Analice cómo se utilizó cada paso en el proceso de Diseño e Ingeniería para desarrollar el diseño.

b. ¿El diseño es realista y bien proporcionado? ¿Funciona consistentemente bien? ¿Cómo podría mejorarse?

c. ¿Cómo contribuyó cada miembro del equipo al diseño general? ¿Sientes que todos tenían la misma oportunidad de contribuir en el proceso creativo?

d. ¿Está el equipo preparado para compartir las especificaciones detalladas del diseño con otros?

Identificar el desafío

Lluvia deideas y

solucionesProceso de diseño e

ingeniería

Construir unprototipo

Probar ymejorar

el diseño

Explicarel diseño

5

Idea 1Puerta de una sola

bisagra

Idea 2Puerta de elevación

vertical

Idea 3Puerta de doble bisagra

Puerta automatizada: Ideas de soluciónUtilice una de las siguientes ideas para desarrollar una puerta automatizada o idear una solución de su propio diseño.

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Entradas

Pizarrón de ideasUtilice el espacio que se proporciona a continuación para esbozar ideas de diseño. Asegúrese de tener en cuenta el sistema mecánico, así como qué sensores y módulos de salida que desea incluir en el diseño.

Salidas

Módulo de motor

Módulo de luz

Sensor de luz

Sensor receptor IR

Transmisor IRBaja Potencia

Transmisor IRAlta Potencia

Sensor ROK-Star

Sensor de contacto Sensor de ángulo

Pizarrón

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Identificando entradas y salidasEnumere todos los sensores de entrada y módulos de salida utilizados en el diseño. Esta información será importante a medida que se desarrolla un esquema/programa que se cargará en el ROKduino y se utilizará para controlar el diseño.

EntradasEnumere todos los sensores que se utilizan en el diseño e identifique a qué puertos de entrada están conectados.

SalidasEnumere todos los módulos de salida que se utilizan en el diseño e identifique a qué puertos de salida están conectados.

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Desarrollando un programa/esquemaEl ROKduino se puede programar para leer información de sensores conectados a puertos de entrada, procesar esa información en comandos relevantes y enviar esos comandos a módulos conectados a los puertos de salida. En la página siguiente, comience a escribir lo que desea que haga la compilación/proyecto en función de los sensores de entrada y los módulos de salida que se usaron en el diseño. Esto será útil a medida que se prepara para crear un programa/esquema real en un ordenador. Una vez que tenga todo escrito, puede seguir adelante y crear un programa / bosquejo en su ordenador.

Ejemplo: Si se pulsa el sensor de contacto que está conectado al puerto de entrada #1, el módulo del motor que está conectado al puerto de salida #1 debe girar en el sentido de las agujas del reloj (a toda velocidad) durante 3 segundos y, a continuación, detenerse.

* La lista de sensores está en la página 11.

* La lista de módulos de salida está en la página 11.

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Desarrollando un programa/esquemaEscriba lo que desea que haga su compilación/proyecto en función de los sensores de entrada y los módulos de salida que se utilizaron en el diseño. Una vez que haya terminado, puede utilizar esta información para empezar a crear el programa/esquema real en su ordenador.

*Si los equipos tienen problemas para desarrollar un esquema, intente revisar los esquemas de ejemplo de las lecciones de robótica anteriores de Kid Spark.

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Especificaciones de diseñoDeterminar las especificaciones del diseño/proyecto completado. Los equipos pueden usar estas especificaciones mientras se preparan para presentar su diseño a otros.

cm

Número de materiales x 2 = Costo total $

Project Dimensions

¿Cómo funciona el diseño? ¿Hay algún material de ingeniería clave que haga que el diseño funcione bien? ¿Incluye máquinas o mecanismos simples? Explicar brevemente elprograma/esquema que se utiliza para controlar el diseño.

Longitud Profundidad Altura

cm cm

Dimensiones del proyecto

Análisis de costo

Notas de ingeniería

Dentro el presupuesto

Sobre el presupuesto

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Evaluación del desafíoCuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, deben presentarse al profesor y compañeros de clase paraevaluación. Los equipos se clasificarán según los siguientes criterios:

Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen de diseño?

Rendimiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? ¿Funciona consistentemente?

Trabajo en equipo: ¿Qué tan bien trabajaron juntos el equipo? ¿Puede cada alumno describir cómo contribuyeron?

Calidad de diseño/Estética: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?

Costo del material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o bajo del presupuesto?

Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo todos los aspectos del diseño a los demás?

Especificaciones

Rendimiento

Trabajo en equipo

Calidad de diseño/ estética

Cumple todas las especificaciones

Diseño consisten-temente bueno

cada miembro del equipo contribuyó

Gran diseño/ estética

Dentro el presu-puesto ($130 o menos)

Gran presentación/ explicación

Buena presentación/ explicación

Pobre presentación/ explicación

Sin presentación/ explicación

Sobre el presupuesto ($140-150)

Presupuesto demasiado alto ($151+)

Casi todo el equipo contribuyó

Buen diseño/ estética

Diseño/estética regular

Diseño/estética deficiente

Algunos miembros contribuyeron

Diseño funciona bien a menudo

Diseño parcial-mente funcional

Diseño no funcional

No hubo trabajoen equipo

Cumple la mayoría de las especificaciones

Cumple algunas especificaciones

No cumple las especificaciones

Costo del material

Presentación

Puntos

Puntos Totales

Proficiente4 Puntos

Avanzado5 Puntos

Parcialmente proficiente3 Puntos

No proficiente0 Puntos

/30

Ligeramente sobre el presupuesto ($130-140)

Rúbrica deevaluación

11 55-02137-200 ES

Fundamentos de ROKduinoPara descargar todo el software ROKduino necesario, visite: KidSparkEducation.org/Downloads.

Bloque Inteligente ROKduino:

El ROKduino es un bloque inteligente programable que se puede utilizar para crear diferentes tipos de robots. Está alimentado por (3) pilas AA que se pueden reemplazar quitando la cubierta en la parte inferior del bloque. Un LED verde brillante en la parte superior del bloque indica si el ROKduino está encendido o apagado. Asegúrese de apagar el ROKduino cuando haya terminado de usarlopara evitar que las baterías se queden sin energía.

Indicador de poder

Botón ON/OFF

Sensores:

Hay una variedad de sensores que se pueden conectar a los puertos de entrada en el ROKduino. El ROKduino se puede programar para leer información de sensores conectados a puertos de entrada, procesar esa información en comandos relevantes y enviar esos comandos a módulos conectados a los puertos de salida.

Sensor de luz

Cantidad incluida: 1(Puertos de entrada 1-8)

Sensor de contacto

Cantidad incluida: 2(Puertos de entrada 1-8)

Sensor de ángulo

Cantidad incluida: 1(Puertos de entrada 1-8)

Transmisor IRBaja Potencia

Cantidad incluida: 1(Puertos de entrada 1-8)

Transmisor IRAlta Potencia

Cantidad incluida: 2(Puertos de entrada 1-8)

Sensor receptor IR

Cantidad incluida: 2(Puertos de entrada 1-8)

Sensor ROK-Star

Cantidad incluida: 1(Puertos de entrada 8)

8 Puertos de entrada

Módulos:Hay dos módulos que se pueden conectar a los puertos de salida en el ROKduino. El ROKduino se puede programar para enviar comandos específicos a los módulos pararealizar diferentes funciones.

Módulo de luz

Cantidad incluida: 2(Puertos de salida 1-4)

Módulo de motor

Cantidad incluida: 4(Puertos de salida 1-4)

Cables:

Hay seis tipos de cables que se incluyen con el ROKduino. Estos cables se utilizan para conectar sensores y módulos, así como para conectar el ROKduino a un ordenador para que pueda ser programado. Asegúrese de que los cables estén firmes hacia los puertos para garantizar una buena conexión.

Cable USB

Cantidad incluida: 1Longitud: 18”

Cable del sensor

Cantidad incluida: 8Longitud: 18”

Extensión del Cabledel sensor

Cantidad incluida: 2Longitud: 18”

Cable de Salidadel Motor

Cantidad incluida: 1Longitud: 12”

Cable de Salidadel Motor

Cantidad incluida: 3Longitud: 18”

Extensión del Cablede Salida del Motor

Cantidad incluida: 2Longitud: 12”

4 Puertos de salida

Entradas

Salidas

Puerto USB

Baterías