Exercicis: Disseny i construcció de robots

La imatge mostra un robot educatiu amb rodes, amb les seves parts numerades. Identifica cada part i explica quina funció compleix dins del robot (estructura, moviment, control o percepció).

Anomena les parts bàsiques d'un robot mòbil senzill i indica a quin element d'un sistema de control (sensor, controlador o actuador) correspon cadascuna.

El diagrama de flux de la figura és el programa d'un robot evitaobstacles. Descriu amb les teves paraules el comportament complet del robot i raona què faria si el sensor de distància quedés tapat amb cinta aïllant.

Anomena tres tasques del món real que avui dia fan robots (neteja de la llar, soldadura a fàbriques, repartiment a magatzems) i raona quins sensors necessita cadascun per a la seva tasca.

Explica la diferència entre un robot i una màquina automàtica senzilla com ara una rentadora: quines capacitats fan que un sistema «es mereixi» anomenar-se robot?

Què és el xassís d'un robot i quines qualitats ha de reunir (lleuger, rígid, amb espai per a l'electrònica)? Relaciona-ho amb materials que coneixes del taller.

Explica què és un servomotor i en què es diferencia d'un motor de corrent continu normal. Posa un ús adequat de cadascun dins d'un robot.

Molts robots de dues rodes motrius porten una tercera roda boja, sense motor. Explica per a què serveix i quin problema de suport i equilibri resol.

El teu robot ha de seguir una línia negra pintada sobre el terra blanc de l'aula. Raona quin sensor necessita, on el col·locaries i què hauria de fer el programa cada vegada que el sensor surt de la línia.

Un robot té dues rodes motrius, una a cada costat. Explica què ha de fer cada roda (girar cap endavant, cap enrere o parar) perquè el robot avanci recte, retrocedeixi i giri sobre si mateix a la dreta.

Ordena aquests passos per construir i programar un robot, i justifica'n l'ordre: carregar el programa a la placa, muntar el xassís, provar i ajustar, connectar sensors i motors a la placa, definir què ha de fer el robot.

El teu robot ha de girar 90 graus amb precisió fent servir les dues rodes. Explica per què l'ordre «girar durant un segon» no és fiable (bateria, terra, fregament) i quina informació addicional milloraria el gir.

Dissenya el repartiment de pesos d'un robot mòbil: on col·locaries la bateria (la peça més pesant) i per què la seva posició influeix en l'estabilitat i en la tracció de les rodes motrius.

Un robot seguidor de línia derrapa i surt disparat en els revolts tancats. Proposa dues millores, una de mecànica i una de programa, i explica com actua cadascuna.

Explica què és calibrar un sensor i escriu un mini procediment per calibrar el sensor de llum d'un robot a la teva aula (quines dues lectures de referència cal prendre i com fer-les servir).

Un robot que evita obstacles també ha d'evitar caure per un graó o unes escales. Quin sensor li afegiries, on el col·locaries i amb quina regla de programa?

Un robot avança recte només uns metres i després es desvia a poc a poc cap a l'esquerra. Analitza almenys tres causes possibles (mecàniques, elèctriques o de programa) i explica quina prova faries per descartar cadascuna.

Dissenya un robot que reparteixi fullets pels passadissos de l'institut: descriu el xassís, els sensors, els actuadors i l'algorisme general de moviment, i justifica cada elecció pensant en l'entorn real (gent, encreuaments, obstacles).

Un equip programa un robot seguidor de línies amb control de velocitat i detecció d'obstacles per ultrasons. En un entorn de blocs han niat condicionals amb pauses fixes («esperar 50 ms»), cosa que provoca que el robot reaccioni tard i surti de la pista si supera els 0,2 m/s. Explica tècnicament per què la programació seqüencial típica de blocs genera aquest problema de latència i bloqueig del processador. Justifica quins avantatges tècnics ofereix migrar el programa a codi textual (com ara C++/Arduino) utilitzant temporització no bloquejant (amb millis()) o interrupcions, i raona com canvia l'estructura de control per resoldre la fallada.

Dissenya un robot que reculli pilotes de tennis per la pista de l'institut: xassís, sensors, actuadors i algorisme general de cerca i recollida. Assenyala les tres decisions de disseny més crítiques i justifica-les.

Un robot amb un únic sensor de distància davanter es queda «atrapat» a les cantonades, oscil·lant entre dues parets. Analitza per què passa aquest comportament i proposa una millora de l'algorisme (guardar els últims girs, introduir girs de diferent angle).

Has de seleccionar el sistema de tracció per a un robot d'inspecció en un hivernacle amb passadissos de 60 cm d'amplada, girs en angle recte sobre el seu propi eix i un terra de terra humida amb tubs de reg de fins a 3 cm de ressalt. El robot compta amb una bateria fixa de 12 V i 7 Ah i ha de garantir 4 h d'autonomia contínua. Analitza el comportament físic de tres opcions: 1) Dues rodes motrius amb roda boja, 2) Tracció 4x4 fixa (skid-steering) i 3) Erugues contínues. Prediu quina fallada crítica descarta dues d'aquestes opcions (en termes d'adherència, maniobrabilitat o consum per fregament lateral) i justifica quina és la configuració òptima per complir totes les restriccions.

Dissenya el «mode segur» d'un robot escolar: què ha de fer el programa en detectar bateria baixa, obstacle persistent o pèrdua de comunicació. Escriu les regles i raona per què la seguretat va abans que la missió.

En una prova de rescat en un entorn amb esfondraments, un robot ha de localitzar i tancar una vàlvula de gas. L'equip discuteix si utilitzar control teleoperat per radiofreqüència amb càmera o control 100 % autònom amb sensors. L'entorn presenta dos problemes crítics: zones cegues amb pèrdues d'enllaç de fins a 1,5 s i obstacles imprevistos que exigeixen frenar en menys de 0,3 s avançant a 0,4 m/s. Prediu les fallades que patirà el robot exclusivament teleoperat davant d'aquestes limitacions i justifica per què una arquitectura híbrida (teleoperació assistida per rutines locals de seguretat en el microcontrolador) és tècnicament superior a totes dues opcions, detallant quines decisions ha de prendre el robot per si mateix sense esperar el pilot.