Ejercicios: Diseño y construcción de robots

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

Nombrá las partes básicas de un robot móvil sencillo e indicá 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. Describí con tus palabras el comportamiento completo del robot y razoná qué haría si el sensor de distancia quedara tapado con cinta aislante.

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

Explicá 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 (liviano, rígido, con espacio para la electrónica)? Relacionalo con materiales que conocés del taller.

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

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

Tu robot debe seguir una línea negra pintada sobre el piso blanco del aula. Razoná 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. Explicá 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.

Ordená estos pasos para construir y programar un robot, y justificá 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 tiene que girar 90 grados con precisión usando sus dos ruedas. Explicá por qué la orden «girar durante un segundo» no es confiable (batería, suelo, rozamiento) y qué información adicional mejoraría el giro.

Diseñá el reparto de pesos 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. Proponé dos mejoras, una mecánica y una de programa, y explicá cómo actúa cada una.

Explicá qué es calibrar un sensor y escribí 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. Analizá al menos tres causas posibles (mecánicas, eléctricas o de programa) y explicá qué prueba harías para descartar cada una.

Diseñá un robot que reparta folletos por los pasillos del liceo: describí el chasis, los sensores, los actuadores y el algoritmo general de movimiento, y justificá cada elección pensando en el entorno real (gente, cruces, obstáculos).

Diseñá un robot que recoja pelotas de tenis por la cancha del liceo: chasis, sensores, actuadores y algoritmo general de búsqueda y recogida. Señalá las tres decisiones de diseño más críticas y justificalas.

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

Tenés que seleccionar el sistema de tracción para un robot de inspección en un invernáculo 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. Analizá el comportamiento físico de tres opciones: 1) Dos ruedas motrices con rueda loca, 2) Tracción 4x4 fija (skid-steering) y 3) Orugas continuas. Predecí qué fallo crítico descarta a dos de ellas (en términos de adherencia, maniobrabilidad o consumo por rozamiento lateral) y justificá cuál es la configuración óptima para cumplir todas las restricciones.

Diseñá el «modo seguro» de un robot escolar: qué debe hacer el programa al detectar batería baja, obstáculo persistente o pérdida de comunicación. Escribí las reglas y razoná 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. Predecí los fallos que sufrirá el robot exclusivamente teleoperado ante estas limitaciones y justificá 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.