Ejercicios: Diseño y construcción de robots

La imagen muestra un robot educativo con ruedas, con sus partes numeradas. Identifica cada parte y explica qué función cumple dentro del robot (estructura, movimiento, control o percepción).

Nombra las partes básicas de un robot móvil sencillo e indica a qué elemento de un sistema de control (sensor, controlador o actuador) corresponde cada una.

El diagrama de flujo de la figura es el programa de un robot evita obstáculos. Describe con tus palabras el comportamiento completo del robot y razona qué haría si el sensor de distancia quedara tapado con cinta aislante.

Nombra tres tareas del mundo real que hoy realizan robots (limpieza del hogar, soldadura en fábricas, reparto en almacenes) y razona qué sensores necesita cada uno para su tarea.

Explica la diferencia entre un robot y una máquina automática sencilla como una lavadora: ¿qué capacidades hacen que un sistema «merezca» llamarse robot?

¿Qué es el chasis de un robot y qué cualidades debe reunir (ligero, rígido, con espacio para la electrónica)? Relaciónalo con materiales que conoces del taller.

Explica qué es un servomotor y en qué se diferencia de un motor de corriente continua normal. Pon un uso adecuado de cada uno dentro de un robot.

Muchos robots de dos ruedas motrices llevan una tercera rueda loca, sin motor. Explica para qué sirve y qué problema de apoyo y equilibrio resuelve.

Tu robot debe seguir una línea negra pintada sobre el suelo blanco del aula. Razona qué sensor necesita, dónde lo colocarías y qué debería hacer el programa cada vez que el sensor sale de la línea.

Un robot tiene dos ruedas motrices, una a cada lado. Explica qué debe hacer cada rueda (girar hacia delante, hacia atrás o parar) para que el robot avance recto, retroceda y gire sobre sí mismo a la derecha.

Ordena estos pasos para construir y programar un robot, y justifica 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.

Tu robot debe girar 90 grados con precisión usando sus dos ruedas. Explica por qué la orden «girar durante un segundo» no es fiable (batería, suelo, rozamiento) y qué información adicional mejoraría el giro.

Diseña la distribución de peso de un robot móvil: dónde colocarías la batería (la pieza más pesada) y por qué su posición influye en la estabilidad y en la tracción de las ruedas motrices.

Un robot siguelíneas derrapa y sale disparado en las curvas cerradas. Propón dos mejoras, una mecánica y una de programa, y explica cómo actúa cada una.

Explica qué es calibrar un sensor y escribe un mini procedimiento para calibrar el sensor de luz de un robot en tu aula (qué dos lecturas de referencia tomar y cómo usarlas).

Un robot que evita obstáculos debe evitar también caerse por un escalón o unas escaleras. ¿Qué sensor le añadirías, dónde lo colocarías y con qué regla de programa?

Un robot avanza recto solo unos metros y luego se desvía poco a poco hacia la izquierda. Analiza al menos tres causas posibles (mecánicas, eléctricas o de programa) y explica qué prueba harías para descartar cada una.

Diseña un robot que reparta folletos por los pasillos de la escuela: describe el chasis, los sensores, los actuadores y el algoritmo general de movimiento, y justifica cada elección pensando en el entorno real (gente, cruces, obstáculos).

Un equipo programa un robot seguidor de líneas con control de velocidad y detección de obstáculos por ultrasonidos. En un entorno de bloques han anidado condicionales con pausas fijas («esperar 50 ms»), lo que provoca que el robot reaccione tarde y se salga de la pista si supera los 0.2 m/s. Explica técnicamente por qué la programación secuencial típica de bloques genera este problema de latencia y bloqueo del procesador. Justifica qué ventajas técnicas ofrece migrar el programa a código textual (como C++/Arduino) utilizando temporización no bloqueante (con millis()) o interrupciones, y razona cómo cambia la estructura de control para resolver el fallo.

Diseña un robot que recoja pelotas de tenis por la cancha de la escuela: chasis, sensores, actuadores y algoritmo general de búsqueda y recolección. Señala las tres decisiones de diseño más críticas y justifícalas.

Un robot con un único sensor de distancia delantero se queda «atrapado» en las esquinas, oscilando entre dos paredes. Analiza por qué ocurre ese comportamiento y propón una mejora del algoritmo (guardar los últimos giros, introducir giros de distinto ángulo).

Debes seleccionar el sistema de tracción para un robot de inspección en un invernadero con pasillos de 60 cm de ancho, giros en ángulo recto sobre su propio eje y un suelo de tierra húmeda con tubos de riego de hasta 3 cm de resalte. El robot cuenta con una batería fija de 12 V y 7 Ah y debe garantizar 4 h de autonomía continua. Analiza el comportamiento físico de tres opciones: 1) Dos ruedas motrices con rueda loca, 2) Tracción 4x4 fija (skid-steering) y 3) Orugas continuas. Predice qué fallo crítico descarta a dos de ellas (en términos de adherencia, maniobrabilidad o consumo por rozamiento lateral) y justifica cuál es la configuración óptima para cumplir todas las restricciones.

Diseña el «modo seguro» de un robot escolar: qué debe hacer el programa al detectar batería baja, obstáculo persistente o pérdida de comunicación. Escribe las reglas y razona por qué la seguridad va antes que la misión.

En una prueba de rescate en un entorno con derrumbes, un robot debe localizar y cerrar una válvula de gas. El equipo discute si utilizar control teleoperado por radiofrecuencia con cámara o control 100 % autónomo con sensores. El entorno presenta dos problemas críticos: zonas ciegas con pérdidas de enlace de hasta 1.5 s y obstáculos imprevistos que exigen frenar en menos de 0.3 s avanzando a 0.4 m/s. Predice los fallos que sufrirá el robot exclusivamente teleoperado ante estas limitaciones y justifica por qué una arquitectura híbrida (teleoperación asistida por rutinas locales de seguridad en el microcontrolador) es técnicamente superior a ambas opciones, detallando qué decisiones debe tomar el robot por sí mismo sin esperar al piloto.