Educational framework using robots with vision for constructivist teaching of robotics to pre-university students

摘要

espanolLa Robotica sera un area dominante en la sociedad de las proximas generaciones. Actualmente su presencia es cada vez mayor a nivel domestico, con dispositivos y mecanismos que facilitan la realizacion de diversas tareas cotidianas; asi como a nivel laboral, donde las maquinas van ocupando cada vez mas puestos de trabajo. Este aumento en la presencia de sistemas roboticos autonomos en la sociedad es debido a la gran eficiencia y seguridad que ofrecen frente a la capacidad humana, gracias fundamentalmente a la enorme precision de sus sistemas de sensores y actuadores. Entre estos sensores adquiere especial importancia el de vision; algo que los humanos y los animales tienen muy desarrollado, pero que en Robotica constituye un frente de investigacion en constante desarrollo. El principal problema reside en la correcta interpretacion de los datos visuales y la extraccion de informacion relevante a partir de las imagenes. La Robotica se convierte asi en algo mas que un area de la ciencia, sino tambien en una cuestion social y cultural. Por ello es fundamental crear una conciencia temprana y formar a los estudiantes mas jovenes en adquirir las habilidades que seran mas demandadas en el futuro a corto y medio plazo, garantizando asi su integracion en un mercado laboral dominado por sistemas roboticos inteligentes. Ademas de tener una elevada capacidad de razonamiento y de toma de decisiones, estos robots incorporan importantes avances en sus sistemas perceptivos, lo que les permite interactuar inteligentemente en los entornos laborales de esta nueva revolucion industrial. Desde hace unos anos existen en el mercado diferentes kits de Robotica Educativa para su uso en ensenanza preuniversitaria. Para usarlos como herramienta de aprendizaje es necesaria tambien una correcta formacion del profesorado, un cambio en la metodologia de ensenanza-aprendizaje y en el entorno educativo en general. Ademas, teniendo en cuenta que los mas jovenes viven inmersos en un constante entorno de aprendizaje tecnologico, la mayoria de estos kits suelen tener un corto periodo de interes para los estudiantes, que demandan desafios intelectuales que les resulten motivadores. En esta tesis se proponen varias soluciones a problemas clasicos de la Robotica, como la navegacion y la localizacion, pero empleando una camara como sensor principal. Asimismo, se presenta un entorno para la docencia de Robotica con Vision como materia a traves de la cual los alumnos de niveles academicos preuniversitarios aprenden los principios de la ciencia y la ingenieria y las habilidades de programacion de ordenadores tan demandadas por la sociedad actual. El lenguaje Python elegido y los ejercicios de robots con vision, suponen un aporte novedoso unico y ventajoso, mas potente que otros entornos docentes existentes. Este entorno docente se ha implantado con exito en varios centros educativos durante los dos ultimos cursos academicos (2016/2017 y 2017/2018), incluyendo: infraestructura software, plataforma hardware, curriculum academico con contenido teorico y practico, asi como la metodologia pedagogica constructivista. Se ha evaluado el rendimiento y la satisfaccion de mas de 2.000 estudiantes y profesores usando este entorno docente en las asignaturas curriculares de Tecnologia, Programacion y Robotica} y TICs de Educacion Secundaria (ESO), asi como en actividades extraescolares. EnglishRobotics will be a dominant area in society throughout future generations. Nowadays its presence is increasing in the majority of contexts of daily life, with devices and mechanisms which facilitate the accomplishment of diverse daily tasks; as well as at labor level, where machines occupy more and more jobs. This increase in the presence of autonomous robotic systems in society is due to the great efficiency and security they offer compared to human capacity, thanks mainly to the enormous precision of their sensor and actuator systems. Among these, vision sensors are of utmost importance.