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APORTACIONES AL APRENDIZAJE CONSTRUCTIVO APORTACIONES AL APRENDIZAJE CONSTRUCTIVO Y COLABORATIVO EN INTERNET. APLICACIÓN A Y COLABORATIVO EN INTERNET. APLICACIÓN A

LABORATORIOS VIRTUALES Y REMOTOS DE LABORATORIOS VIRTUALES Y REMOTOS DE

Tesis DoctoralTesis Doctoral

ROBÓTICA INDUSTRIALROBÓTICA INDUSTRIAL

Carlos Alberto Jara BravoCarlos Alberto Jara Bravo

Directores: Francisco Andrés Candelas Herías, Fernando Torres MedinaDirectores: Francisco Andrés Candelas Herías, Fernando Torres Medina

Doctorado Interuniversitario en Automática y RobóticaDoctorado Interuniversitario en Automática y Robótica

Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la SeñalDepartamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la SeñalGrupo de Automática, Robótica y Visión Artificial (AUROVA)Grupo de Automática, Robótica y Visión Artificial (AUROVA)

http://www.aurova.ua.eshttp://www.aurova.ua.es

Premios CESEI

2009-2010

IntroducciónIntroducciónMarco de la tesis

Índice

Motivación y objetivos

Aportaciones Aportaciones Desarrollo de laboratorios virtuales y remotos de robótica industrial

Sistema Colaborativo Síncrono para Lab. Virtuales y Remotos

PublicacionesPublicacionesPublicacionesPublicaciones

Tesis Doctoral de Carlos Alberto Jara Bravo

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Marco de la tesisCon esta tesis doctoral se ha continuado una línea de investigación queel grupo AUROVA ha seguido desde finales de los 90.

Parte del trabajo se enmarca dentro del proyecto “AutomatL@bs:Parte del trabajo se enmarca dentro del proyecto AutomatL@bs:

Red de laboratorios virtuales y remotos para la enseñanza de la automática en la que participan varias universidades españolas (DPI2006-27217-E)

Dirigido por el Catedrático Sebastián Dormido.

Proyecto “Manipulación inteligente mediante percepción háptica ycontrol visual empleando una estructura articular ubicada en el robotmanipulador” DPI2008 02647manipulador . DPI2008-02647.

“Easy Java Simulations” (EJS).

Software desarrollado por el Dr. Esquembre y que ha servidopara la implementación de las aportaciones de esta tesis.

Tesis Doctoral de Carlos Alberto Jara Bravo

Motivación y objetivos

Sistemas tecnológicoSistemas tecnológico--educativoseducativos

Aprendizaje Aprendizaje constructivoconstructivo

Sistemas tecnológicoSistemas tecnológico educativoseducativos

Sistemas basados Sistemas basados en contenidos en contenidos

Sistemas basados Sistemas basados en práctica en práctica

Sistemas basados Sistemas basados en colaboraciónen colaboración

Simulaciones interactivasLaboratorios virtuales

y/o remotos (LVR)

- Content Management Systems (CMS)

-Learning Management Systems (LMS)

Computer Supported Collaborative Learning

(CSCL)- Síncronos / Asíncronos

Aprendizaje Aprendizaje colaborativocolaborativo

Crear herramientas que facilitan el desarrollo de laboratorios virtuales y

remotos de robots manipuladores

Desarrollar un entorno que integre las herramientas para el aprendizaje constructivo

dentro de entornos colaborativos.

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Aportaciones

DDesarrollo deesarrollo de LLaboratorios aboratorios VVirtuales y irtuales y RRemotos de emotos de RRobótica obótica IIndustrialndustrialAprendizaje Constructivo

SSistemaistema CColaborativoolaborativo SSíncronoíncrono parapara LLaboratoriosaboratorios VVirtualesirtuales y y RRemotosemotosAprendizaje Colaborativo

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Por qué elegir EJS? BBiblioteca iblioteca GGráfica ráfica 33D D

Easy Java SimulationsEasy Java Simulations

Permite crear simulaciones interactivas dee e c ea s u ac o es e ac as demanera sencilla.

Diseñado para personas no expertas enprogramación.

Contiene multitud de elementos para crear lainterfaz gráfica y el entorno virtual.

Basado en Java.

Interfaz 3D para desarrollar

entornos virtuales de alta

calidad gráfica

Biblioteca

gráfica 3D

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Capacidades gráficas BBiblioteca iblioteca GGráfica ráfica 33D D

Importación archivos gráficosImportación archivos gráficos

ObjetosObjetos parcialesparcialesTexturasTexturas

Ejemplos de Ejemplos de aplicaciones con aplicaciones con pplos nuevos los nuevos elementos 3Delementos 3D

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Biblioteca EjsRLArquitectura software EJS+EjsRLArquitectura software EJS+EjsRL

BBiblioteca de iblioteca de RRyyVV

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LVR de robótica RRobobUUAALLabab

RRobobUUAALLab.ejsab.ejs

Un nuevo laboratorio virtual y remoto para la enseñanza aUn nuevo laboratorio virtual y remoto para la enseñanza a

BBiblioteca iblioteca GGráfica ráfica 3D3DBBiblioteca iblioteca RRyyVV

Un nuevo laboratorio virtual y remoto para la enseñanza a Un nuevo laboratorio virtual y remoto para la enseñanza a distancia de robótica industrialdistancia de robótica industrial

Interfaz gráfica muy realista e interactiva

Laboratorio remoto con capacidades de teleoperación avanzadas

Laboratorio virtual completo con opciones novedosas (dinámica y programación virtual)

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Laboratorio real RRobobUUAALLabab

Paneles de protección

Armario con PLC y relés

Almacén de piezas

Brazo robot

protección

Sensor

Anclaje al suelo

Controlador del robot

Piezas de

PLC y relés

Cinta transpor-

tadora

Sensor Piezas de colores

Mesa giratoria

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Componentes hardware

Servidor PrincipalProporciona servicios web

Controla acceso usuarios

RRobobUUAALLabab

PC UsuarioServidor principal

PLC Controla acceso usuarios

Comunicación serie con PLC

Servidor TeleoperaciónComprueba las trayectorias enviadas

Traduce las órdenes a lenguaje ACL y las envía al controlador

Obtiene la posición real del robot

Servidor Teleoperación

LAN

Cámara IP

PLCInternet

para la realimentación on-line

Cámara IPRealimentación por vídeo para el control remoto de la planta

Controlador del robot

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Interfaz applet cliente RRobobUUAALLabab

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Interacción remota RRobobUUAALLabab

OpcionesOpciones de de teleoperaciónteleoperaciónEjecución de movimientos previamente simulados.

Control de iluminación / proyección cámara IPControl de iluminación / proyección cámara IP.

Realimentación doble: imágenes de video y actualización gráfica.

Interfaz realidad aumentada: combina la simulación con la vista de la cámara.

Reconocimiento de objetos sobre la mesa para su representación en el entorno virtual.

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Material docente RRobobUUAALLabab

Actualmente RobUALab.ejs se utiliza en las prácticas de la asignatura “Robots y

Sistemas Sensoriales” de la carrera de Informática en la Universidad de Alicante.

RobUALab.ejs también está disponible para las otras universidades quej p p q

participan en el proyecto AutomatL@bs.

Toda la documentación para las prácticas se ofrece a través de AutomatL@bs.

http://lab.dia.uned.es/automatlab

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Otras aplicaciones

Mano robótica de Mano robótica de

tres dedostres dedos

BBiblioteca de iblioteca de RRyyVV

tres dedostres dedos

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Sistema Sistema multimulti--robot robot

acopladoacoplado

Otras aplicaciones

Modelo dinámico Modelo dinámico completo de un robotcompleto de un robot

BBiblioteca de iblioteca de RRyyVV

EjsRL

Proyección virtual

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RobóticaRobótica

VisiónVisión

Detección puntos

Simulación de Simulación de control visual indirecto control visual indirecto

basado en imagenbasado en imagen

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Investigación previa SSistema istema CColaborativoolaborativo

Laboratorios virtuales y/o remotos Entorno web colaborativo

síncrono

Aprendizaje

constructivo

Aprendizaje

colaborativo

Sistema de colaboración síncrona para applets EJS

No existe ningún sistema colaborativo síncrono que integre LVR

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Arquitectura sistema SSistema istema CColaborativoolaborativo

ComponentesComponentes yy funcionamientofuncionamiento deldel sistemasistemaApplet profesor: comanda la clase virtual y gestiona la entrada/salida de los alumnos.

Applets alumno: se encuentran deshabilitadas durante la clase virtualApplets alumno: se encuentran deshabilitadas durante la clase virtual.

Tiza

Deshabilitadas

Asignación de tiza: el profesor da permiso a un alumno para controlar la clase virtual

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Protocolos TCP/UDP

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Sistema colaborativo SSistema istema CColaborativoolaborativo

SistemaSistema colaborativocolaborativo onon--lineline..El sistema se puede completar con un programa de chat y video-conferencia (Skype)

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Integración del sistema de colaboración síncrona en EJS

PPortabilidad para otras ortabilidad para otras versiones de EJSversiones de EJS

Resultado final colab. SSistema istema CColaborativoolaborativo

colaboración síncrona en EJS

Utilización de protocolos estándares

Integración de appletscolaborativos en Moodle

versiones de EJSversiones de EJS

EEntorno que contiene todos los ntorno que contiene todos los sistemas educativos sistemas educativos

((CContenidos / ontenidos / PPráctica / ráctica / CColaboración)olaboración)

UUtilización con tilización con AAppletspplets y y AAplicaciones plicaciones ((IIntranet / ntranet / IInternet)nternet)

TCPTCPUDPUDP

Applet Profesor Applet Alumno

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Publicaciones

Publicaciones en revistasEjs+EjsRL: An interactive tool for industrial robots simulation, Computer Vision and remote operation. Jara, C. A.; Candelas, F. A.; Gil, P.; Torres, F.; Esquembre, F.; Dormido, S R b ti d A t S t (ISSN 0921 8890) V l 59 (6) P 389 401 2011S. Robotics and Autonomous Systems (ISSN 0921-8890). Vol. 59 (6). Pp. 389-401. 2011.

Docencia en Automática: Aplicación de las TIC a la realización de actividades prácticas a través de Internet. Héctor Vargas, José Sánchez, Sebastián Dormido, Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial. Vol 7 (1), pp. 35-45, 2010.

Synchronous collaboration of virtual and remote laboratories. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres, Francisco Esquembre, Sebastián Dormido. Computers Applications in Engineering Education (online 2009 y aceptado para impreso).

Real time collaboration of virtual laboratories through the Internet. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres, Francisco Esquembre, Sebastián Dormido, Óscar Reinoso Computers & Education Vol 52 81) pp 126 140 2009Óscar Reinoso. Computers & Education. Vol. 52 81), pp. 126-140, 2009

An advanced interactive interface for Robotics e-learning. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres. International Journal of Online Engineering, Special Issue on Telerobotics and Bilateral Control. Vol. 4 (4), pp. 17-25, 2008.

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Publicaciones

Ponencias en congresos internacionalesEJS+EjsRL: a free Java tool for advanced Robotics simulation and Computer Vision processing. Jara, C. A.; Candelas, F. A.; Pomares, J.; Gil, P.; Torres, F. 7th International C f I f ti i C t l A t ti d R b ti F h l (M d i P t l) 2010Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. Funchal (Madeira, Portugal), 2010.

An augmented reality interface for training robotics thruogh the web. C. A. Jara, F. A. Candelas, P. Gil, M. Fernández, F. Torres. 40th Int. Symposium on Robotics, Barcelona, 2009.

Practical experiences using RobUALab.ejs. C. A. Jara, F. A. Candelas, S. T. Puente, J. Pomares, F. Torres. Advances in Control Education. Kumamoto (Japón), 2009.

New features of Easy Java Simulations for 3D modelling. C. A. Jara, F. Esquembre, F. A. Candelas, F. Torres, S. Dormido.Advances in Control Education. Kumamoto (Japón), 2009

RobUALab.ejs: a new tool for Robotics e-learning. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres. 5th International Conf. on Remote Engineering and Virtual Instrumentation. Duesseldorf (Alemania), 2008.

Virtual and remote laboratory for Robotics e-learning. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres. 18th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Lyon (Francia), 2008.

Practical training of Robotics concepts using interactive tools. Carlos A. Jara, Francisco A. Candelas, Fernando Torres IFAC Int. Workshop on Intelligent Assembly and Disassembly, Alicante, 2007.

Flexible virtual and remote laboratory for teaching Robotics. Francisco A. Candelas, Carlos A. Jara, Fernando Torres 4th Int. Conf. on Multimedia and Communication Technologies. Sevilla, 2006.

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Publicaciones

Ponencias en congresos nacioanlesDiseño e implementación de una biblioteca gráfica 3D para Easy Java Simulations. Jara, C. A.; Esquembre, F.; Candelas, F. A.; Torres, F.; Dormido, S. VI Jornadas de E ñ t é d I t t/W b d l I i í d Si t A t áti L óEnseñanza a través de Internet/Web de la Ingeniería de Sistemas y Automática. León, 2010.

Simulaciones robóticas avanzadas mediante la plataforma Ejs+EjsRL. Jara, C. A.; Candelas, F. A.; Torres, F. VI Jornadas de Enseñanza a través de Internet/Web de la Ingeniería de Sistemas y Automática. León, 2010.

Modelado y simulación de sistemas robóticos complejos mediante EJS. C. A. Jara, J. A. Corrales, S. Puente, G. Lorenzo, F. A. Candelas. XXX Jornadas de Automática. Valladolid, 2009. Premio Prodel a la mejor comunicación del grupo de Educación en Automática.

Laboratorios virtuales colaborativos. C. A. Jara, Fco A. Candelas, F. Torres, S. Dormido, Fco Esquembre XXIX Jornadas de Automática Tarragona 2008Fco Esquembre. XXIX Jornadas de Automática. Tarragona, 2008.

Laboratorios virtuales y remotos para la enseñanza de robótica industrial. C. A. Jara, F. A. Candelas, F. Torres. XXVIII Jornadas de Automática. Huelva, 2007.

Herramientas interactivas para la enseñanza de robótica. Comunicación síncrona de simulaciones interactivas. C. A. Jara, Fco. A. Candelas, F. Torres, Fco. Esquembre, S. Dormido. V Jornadas de Enseñanza a través de Internet/Web de la ISA. Zaragoza, 2007.

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Agradecimientos

Profesor Sebastián Dormido Bencomo

U. Nacional de Educación a Distancia (UNED)

Profesor Francisco Esquembre Martínez

Universidad de MurciaUniversidad de Murcia

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