Diseño y construcción de robots
En la feria de ciencias del colegio, en Cartago, el robot del equipo de Ximena avanza bien unos metros y luego se va torciendo hacia la izquierda hasta chocar con la mesa. ¿Falla una rueda, la batería o el programa? Un robot no es solo «una máquina que se mueve»: es un sistema de control completo, y diseñarlo bien exige tomar decisiones que condicionan todo lo que podrá hacer. Al final del apartado resolveremos el misterio del desvío.
El robot como sistema de control
La imagen muestra un robot educativo con ruedas, con sus partes numeradas. Identifique cada parte y explique qué función cumple dentro del robot (estructura, movimiento,…
La imagen muestra un robot educativo con ruedas, con sus partes numeradas. Identifique cada parte y explique qué función cumple dentro del robot (estructura, movimiento, control o percepción).
Nombre las partes básicas de un robot móvil sencillo e indique a qué elemento de un sistema de control (sensor, controlador o actuador) corresponde cada una.
Nombre las partes básicas de un robot móvil sencillo e indique a qué elemento de un sistema de control (sensor, controlador o actuador) corresponde cada una.
Explique la diferencia entre un robot y una máquina automática sencilla como una lavadora: ¿qué capacidades hacen que un sistema «merezca» llamarse robot?
Explique la diferencia entre un robot y una máquina automática sencilla como una lavadora: ¿qué capacidades hacen que un sistema «merezca» llamarse robot?
Aplicaciones y comportamiento: ¿qué hace un robot?
Los robots se diseñan para una tarea, y la tarea decide qué sensores y actuadores necesitan.
| Tarea | Sensores típicos | Actuadores |
|---|---|---|
| Aspiradora robot | Distancia, choque, vacío (para escalones) | Ruedas, cepillo, turbina |
| Soldadura en fábrica | Posición de brazo, visión | Brazo articulado, soldadora |
| Reparto en almacén | Cámara, seguidor de línea, ultrasónico | Ruedas, plataforma |
El diagrama de flujo de la figura es el programa de un robot evita obstáculos. Describa con sus palabras el comportamiento completo del robot y razone qué haría si el…
El diagrama de flujo de la figura es el programa de un robot evita obstáculos. Describa con sus palabras el comportamiento completo del robot y razone qué haría si el sensor de distancia quedara tapado con cinta aislante.
Nombre tres tareas del mundo real que hoy realizan robots (limpieza del hogar, soldadura en fábricas, reparto en almacenes) y razone qué sensores necesita cada uno para…
Nombre tres tareas del mundo real que hoy realizan robots (limpieza del hogar, soldadura en fábricas, reparto en almacenes) y razone qué sensores necesita cada uno para su tarea.
Un robot que evita obstáculos debe evitar también caerse por un escalón o unas gradas. ¿Qué sensor le añadiría, dónde lo colocaría y con qué regla de programa?
Un robot que evita obstáculos debe evitar también caerse por un escalón o unas gradas. ¿Qué sensor le añadiría, dónde lo colocaría y con qué regla de programa?
El chasis: estructura y centro de gravedad
¿Qué es el chasis de un robot y qué cualidades debe reunir (ligero, rígido, con espacio para la electrónica)? Relacione esto con materiales que conoce del taller.
¿Qué es el chasis de un robot y qué cualidades debe reunir (ligero, rígido, con espacio para la electrónica)? Relacione esto con materiales que conoce del taller.
Diseñe el reparto de pesos de un robot móvil: dónde colocaría la batería (la pieza más pesada) y por qué su posición influye en la estabilidad y en la tracción de las…
Diseñe el reparto de pesos de un robot móvil: dónde colocaría la batería (la pieza más pesada) y por qué su posición influye en la estabilidad y en la tracción de las ruedas motrices.
Actuadores y transmisión
Dos ruedas motrices y la rueda loca
En un robot con una rueda motriz a cada lado, la dirección se logra variando el sentido y la velocidad de cada rueda. Las ruedas motrices solas no alcanzan para apoyar el robot: falta un tercer punto de apoyo, la rueda loca, que no tiene motor y gira libre en cualquier dirección. Con tres puntos de apoyo el robot no se inclina hacia delante ni hacia atrás, y la rueda loca no frena los giros.
Explique qué es un servomotor y en qué se diferencia de un motor de corriente continua normal. Ponga un uso adecuado de cada uno dentro de un robot.
Explique qué es un servomotor y en qué se diferencia de un motor de corriente continua normal. Ponga un uso adecuado de cada uno dentro de un robot.
Muchos robots de dos ruedas motrices llevan una tercera rueda loca, sin motor. Explique para qué sirve y qué problema de apoyo y equilibrio resuelve.
Muchos robots de dos ruedas motrices llevan una tercera rueda loca, sin motor. Explique para qué sirve y qué problema de apoyo y equilibrio resuelve.
Un robot tiene dos ruedas motrices, una a cada lado. Explique qué debe hacer cada rueda (girar hacia adelante, hacia atrás o parar) para que el robot avance recto,…
Un robot tiene dos ruedas motrices, una a cada lado. Explique qué debe hacer cada rueda (girar hacia adelante, hacia atrás o parar) para que el robot avance recto, retroceda y gire sobre sí mismo a la derecha.
Locomoción, batería y calibración de sensores
Autonomía de la batería
Un robot que debe trabajar horas necesita saber cuánto le dura la batería. La capacidad se mide en amperios-hora (Ah): una batería de 7 Ah puede entregar 7 A durante 1 h, o 1 A durante 7 h. La autonomía es:
$$t = \dfrac{C}{I}$$donde $C$ es la capacidad (Ah) e $I$ la corriente promedio que consume el robot (A). La energía almacenada es $E = V \cdot C$ (Wh), y la potencia que consume es $P = V \cdot I$, así que también $t = \dfrac{E}{P}$.
¿Por qué? Si la batería guarda cierta cantidad de carga y el robot la gasta a cierta rapidez, el tiempo es la carga entre la rapidez de consumo.
Seguir una línea
Para seguir una línea negra sobre el piso blanco, el sensor de luz (reflectancia) se coloca en la parte delantera, mirando al piso y a pocos milímetros de él. Así detecta la línea antes de que las ruedas pasen sobre ella.
Regla del programa: si la lectura indica negro, avanzar; si indica blanco (el sensor salió de la línea), girar hacia el lado por donde se salió hasta volver a ver negro. Con dos sensores, uno a cada lado de la línea, se sabe hacia dónde corregir.
Derrapes en las curvas
Si un robot siguelíneas derrapa en una curva cerrada, va demasiado rápido para el agarre que tiene. Una mejora mecánica es bajar el centro de gravedad o usar ruedas con más agarre; una mejora de programa es reducir la velocidad cuando el sensor detecta que se sale de la línea y corregir con giros más suaves.
Su robot debe seguir una línea negra pintada sobre el piso blanco del aula. Razone qué sensor necesita, dónde lo colocaría y qué debería hacer el programa cada vez que…
Su robot debe seguir una línea negra pintada sobre el piso blanco del aula. Razone qué sensor necesita, dónde lo colocaría y qué debería hacer el programa cada vez que el sensor sale de la línea.
Su robot debe girar 90 grados con precisión usando sus dos ruedas. Explique por qué la orden «girar durante un segundo» no es fiable (batería, suelo, rozamiento) y qué…
Su robot debe girar 90 grados con precisión usando sus dos ruedas. Explique por qué la orden «girar durante un segundo» no es fiable (batería, suelo, rozamiento) y qué información adicional mejoraría el giro.
Explique qué es calibrar un sensor y escriba un mini procedimiento para calibrar el sensor de luz de un robot en su aula (qué dos lecturas de referencia tomar y cómo…
Explique qué es calibrar un sensor y escriba un mini procedimiento para calibrar el sensor de luz de un robot en su aula (qué dos lecturas de referencia tomar y cómo usarlas).
Un robot siguelíneas derrapa y sale disparado en las curvas cerradas. Proponga dos mejoras, una mecánica y una de programa, y explique cómo actúa cada una.
Un robot siguelíneas derrapa y sale disparado en las curvas cerradas. Proponga dos mejoras, una mecánica y una de programa, y explique cómo actúa cada una.
Del diseño al robot terminado
Un robot se construye por etapas, y cada una depende de la anterior.
Ordene estos pasos para construir y programar un robot, y justifique el orden: cargar el programa en la placa, montar el chasis, probar y ajustar, conectar sensores y…
Ordene estos pasos para construir y programar un robot, y justifique el orden: cargar el programa en la placa, montar el chasis, probar y ajustar, conectar sensores y motores a la placa, definir qué debe hacer el robot.
Diseñe un robot que reparta volantes por los pasillos del colegio: describa el chasis, los sensores, los actuadores y el algoritmo general de movimiento, y justifique…
Diseñe un robot que reparta volantes por los pasillos del colegio: describa el chasis, los sensores, los actuadores y el algoritmo general de movimiento, y justifique cada elección pensando en el entorno real (gente, cruces, obstáculos).
Diseñe un robot que recoja pelotas de tenis por la cancha del colegio: chasis, sensores, actuadores y algoritmo general de búsqueda y recogida. Señale las tres…
Diseñe un robot que recoja pelotas de tenis por la cancha del colegio: chasis, sensores, actuadores y algoritmo general de búsqueda y recogida. Señale las tres decisiones de diseño más críticas y justifíquelas.
Programación y comportamiento ante obstáculos
Un robot con un único sensor de distancia delantero se queda «atrapado» en las esquinas, oscilando entre dos paredes. Analice por qué ocurre ese comportamiento y…
Un robot con un único sensor de distancia delantero se queda «atrapado» en las esquinas, oscilando entre dos paredes. Analice por qué ocurre ese comportamiento y proponga una mejora del algoritmo (guardar los últimos giros, introducir giros de distinto ángulo).
Diagnóstico de fallos y modo seguro
Vuelva al principio: el robot de Ximena se desviaba. Con la prueba de intercambiar ruedas, y revisando motores, conexiones y programa en orden, el equipo aísla la causa en lugar de adivinar.
Un robot avanza recto solo unos metros y luego se desvía poco a poco hacia la izquierda. Analice al menos tres causas posibles (mecánicas, eléctricas o de programa) y…
Un robot avanza recto solo unos metros y luego se desvía poco a poco hacia la izquierda. Analice al menos tres causas posibles (mecánicas, eléctricas o de programa) y explique qué prueba haría para descartar cada una.
Diseñe el «modo seguro» de un robot escolar: qué debe hacer el programa al detectar batería baja, obstáculo persistente o pérdida de comunicación. Escriba las reglas y…
Diseñe el «modo seguro» de un robot escolar: qué debe hacer el programa al detectar batería baja, obstáculo persistente o pérdida de comunicación. Escriba las reglas y razone por qué la seguridad va antes que la misión.