Desafío del Puente Móvil

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

1

Miembros de equipo:

1. 3.

2. 4.

Resumen del desafíoEn este desafío, los equipos crearán un puente automatizado y móvil. Los equipos tendrán que utilizar un par de puertas de luz (usando transmisores y receptores) para completar el desafío.

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Objetivos de aprendizaje y alineamiento NGSS Diseñar y estructurar un puente móvil. Crear un esquema/programa que se pueda cargar en el ROKduino y que se utilice para controlar el puente. Demostrar/presentar un prototipo de trabajo a sus compañeros.

Práctica científica y de ingeniería - Desarrollar y usar modelos Conceptos transversales - Estructura & función

EscenarioSpark City está buscando instalar un nuevo puente que se puede utilizar para cruzar un río que atraviesa la ciudad. El puente tendrá que ser capaz delevantar y bajar para permitir el paso de grandes buques.

Desafío de diseño e ingenieríaSu desafío es desarrollar un puente automatizado y móvilque pueda subir y bajar al mando.

*Las instrucciones de construcción para ensamblar la estructura del puente se encuentran en la página 3.

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 Lecciones del Instructor- Video de ejemplos de soluciones

Laboratorio Móvil STEM de Kid Spark:Engineering Pathways

Unidades de Kid Sparknecesarias:

Aplic

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Dise

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Fundamentos de Kid Spark

Máquinas Compuestas

Prototipado rápido & Impresión 3D

Robotica & Codificación 101

Robotica & Codificación - Sensor Deep Dive

IDesafíos Integrados de Ingeniería

Máquinas Simples

Área de paso

2

Criterios y restricciones del desafío1. Los equipos deben trabajar en cada paso del proceso Diseño & Ingeniería de Kid Spark (ver página 5) para diseñar, crear prototipos y perfeccionar un sistema de carretera con un puente giratorio.

2. El puente móvil debe controlarse utilizando el ROKduino. Los equipos serán responsables de desarrollar un programa/sketch personalizado que suba y baje el puente al mando. Ver páginas 7 - 9 para obtener ayuda en el desarrollo de un programa/esquema.

3. Los equipos deben usar dos puertas de luz (transmisores IR de alta potencia + sensores receptores IR ) para activar el puente móvil. El puente debe tener una puerta de luz de entrada que baje el puente cuando un vehículo se detenga hasta el puente, y una puerta de luz de salida que levante el puente una vez que un vehículo ha cruzado. Los equipos pueden integrar sensores adicionales al diseño si lo desean.

Desafío avanzado: Desarrolle un programa/sketch que permita a los vehículos de ambas direcciones entrar/salir del puente. *Se anima a los equipos a revisar los esquemas de ejemplo de la lección Creando una Puerta de Luz (Robótica & Codificación-SensorDeepDive) mientras están desarrollando su esquema para este desafío.

4. Cuando se eleva, el puente debe tener un área de paso de al menos 10 cm de longitud y 10 cm de altura para permitir el paso de buques grandes. El área de paso no necesita estar centrada entre las rampas de entrada y salida del puente. Vea la imagen a continuación.

5. Con cada componente del edificio con un costo de $2, el sistema mecánico debe costar menos de $110. Los materiales que se utilizaron para ensamblar la estructura del puente no contarán para el presupuesto de $110. Consulte la página 10 para obtener ayuda para calcular el costo total del diseño.

6. El puente móvil debe ser estructuralmente estable, bien proporcionado y estéticamente atractivo.

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 diseño. Los equipos también serán responsables de explicar el esquema/programa que desarrollaron para controlar el diseño.

Área de paso

Longitud - 10 cm

Altura - 10 cm

3

InstruccionesSiga las instrucciones paso a paso para ensamblar la estructura del puente.

1 2

2x Vigas

6x Bloques

3

4x Bloques

4

4x Tarimas

2x Medias vigas

4x Caminos inclinadas

2x Vigas

4x Tarimas

2x Medias vigas

4x Entradas de camino

4

InstruccionesSiga las instrucciones paso a paso para ensamblar la estructura del puente.

5 6

4x Tarimas

2x Sensor receptor IR

2x Transmisor IR Alta Potencia

Los equipos deben desarrollar un puente móvil que pueda subir y bajar al mando. Cuando sea levantado, el puente debe tener un área de paso de al menos 10 cm de longitud y 10 cm de altura para permitir el paso de buques grandes. El área de paso no necesita estar centrada entre las rampas de entrada y salida.

Asegúrese de que los sensores seapunten entre sí.

Área de paso

Longitud - 10 cm

Altura - 10 cm

5

Desafío de diseño e ingenieríaSiga cada paso en el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución al desafío. Marque 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.

Dibuje ideas y considere qué sensores de entrada y módulos de salida que se utilizarán en el diseño. Ver página 7

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 10

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? ¿Siente 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

6

Idea 1Puente de un solo bisagra

Idea 2Puente de elevación vertical

Idea 3Puente de doble bisagra

Puente móvil: Ideas de solucionesUtilice una de las siguientes ideas para desarrollar un puente móvil o idear una solución de su propio diseño.

7

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 IR Baja Potencia

Transmisor IR Alta Potencia

Sensor ROK-Star

Sensor de contacto Sensor de ángulo

Pizarrón

8

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 boceto/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.

1.

2.

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4.

5.

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1.

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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/esquema 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.

9

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 el programa/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

11

Evaluación del desafíoCuando los equipos han 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 como equipo? ¿Puede cada estudiante 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 fuera 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

12 55-02125-200 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