SESIÓN01_ROBOT

SESIÓN 1. Conceptos y electrónica básica para robótica.

ACTIVIDADES

1) Bienvenida.

2) Evaluación diagnóstica.

3) Introducción. Proyectos STEAM

4) Etapa eléctrica y electrónica utilizando Tinkercad.

5) Cierre y producto de la sesión.

Observa que al dar clic en este botón, suceden dos cosas:

a. Se inicia un contador que va mostrando el tiempo de funcionamiento de la simulación y

b. El botón presionado, ahora cambia a DETENER SIMULACIÓN.

¿Qué sucede con el LED? ¿se enciende? Evidentemente, sí conectaste exactamente el circuito tal y como te lo muestro en las imágenes, no funcionará 😲😲😲 ¿qué es lo que sucede?

Bueno, la respuesta es muy sencilla y quizás un poco complicada de entender para ti 😜😜, pero no te preocupes, dame un voto de confianza y créeme.

La corriente eléctrica directa (CD) fluye desde el polo positivo al polo negativo en un circuito cerrado. Siendo esta la regla, esto quiere decir que, hemos conectado al revés el LED, ya que la pata más grande de un LED señala el polo positivo y, la más corta el negativo.

Hagamos los ajustes correspondientes, invirtiendo la pila y cambiando el color de los cables conectados (rojo para positivo y negro para negativo). Demos clic de nueva cuenta en INICIAR SIMULACIÓN y observa lo que sucede.

¿Puedes explicar lo que sucedió, según lo mostrado en el simulador?

Lo que se observa en el simulador es muy sencillo: quemamos el LED. Y se quemó porque el voltaje máximo que ocupa un LED es de entre 1 a 2 volts. Esto nada tiene que ver con la corriente del circuito. Entonces ¿qué podemos hacer? Bueno, pues como solución vamos a agregar a nuestro circuito una resistencia.

¿Habías escuchado antes estos términos: voltaje, corriente, resistencia? Si no es así, esto es muy sencillo de explicar. Hagamos la analogía con la corriente de agua de un río y observa la siguiente imagen donde te explicaré los términos.

Arrastra una resistencia (en este caso la primera que se muestra en el catálogo de imágenes) al lienzo de simulación, conéctala en el circuito (asegúrate de mantener la polaridad de los cables) y da clic en INICIAR SIMULACIÓN. ¿Qué es lo que observas?

Si realizaste las conexiones correctamente, el circuito debe funcionar sin problemas (tal y como lo vez en la imagen).

Con lo anterior y gracias a este simulador, ya sabemos qué es lo que sucede con la electricidad. Si en otras asignaturas, como por ejemplo en Física o Matemáticas te hablan de la Ley de Ohm, ya tendrás noción a qué es lo que se refiere.

"Los robots podrían llegar a tomar el control y

se podrían rediseñar a sí mismos"

Stephen Hawking (1942 - 2018)

físico teórico, astrofísico, cosmólogo y divulgador científico británico.

En esta sesión iniciaremos con nuestro proyecto del curso: el diseño y operación físico de un robot diferencial con sensor de luz.

Para el inicio de nuestro proyecto, en esta sesión trabajaremos con el simulador en línea llamado Tinkercad. Ingresa a la siguiente liga https://www.tinkercad.com/

Sigue los pasos para crear una cuenta:

Crear una cuenta, te permitirá guardar todos tus diseños en la nube. Ya creada tu cuenta, tienes la posibilidad de personalizar tu perfil con tu fotografía o tu nombre:

Antes de iniciar con el uso de la plataforma Tinkercad, debemos aclarar algunos puntos importantes. En la realización de proyectos de este estilo (diseño de un robot, diseño del prototipo de una casa inteligente, diseño del sistema de un control de temperatura, etcétera) siempre están presentes las siguientes etapas:

Etapa Eléctrica
Etapa Electrónica
Etapa de Programación
Etapa Mecánica

Iniciemos pues con la etapa eléctrica, ya que es necesario saber (o recordar) algunos principios que te darán idea de que las cosas no suceden "mágicamente" 😁😁.

ETAPA ELÉCTRICA DEL ROBOT

Comencemos con los principios de la electricidad. Alguna vez te has preguntado ¿por qué es que un foco enciende? Bueno, utilicemos Tinkercad para saber lo que hay dentro de la "caja negra" de un sencillo circuito eléctrico.

Un principio básico, que también se revisa en la UAC "La conservación de la energía y su interacción con la materia" del segundo semestre, establece: para que un circuito funcione es necesario tener

1. Un elemento que proporcione energía.

2. Un elemento que utilice la energía y

3. Una vía donde viaje la energía.

En Tinkercad, sigue la secuencia:

Diseños,

Crear,

Circuito.

Para esta simulación inicial utilizaremos

1. Una fuente de energía. En este caso una pila de 9 volts.

Arrastra el componente al lienzo de simulación.

Nota: cualquiera de los componentes que utilicemos, podremos rotarlos (o invertirlos) a la posición que necesitemos con los siguientes botones que encontrarás en el menú superior:

Ahora requerimos:

2. Un elemento que utilice la energía. Para este caso, utilizaremos un LED (un foquito muy diminuto).

Arrastra el componente al lienzo de la simulación.

Por cierto, ¿sabes lo que significa LED?

Finalmente, necesitamos

3. Una vía donde viaje la energía. Nada más simple que dos cables que conecten la pila con el "LED".

Para crear las conexiones, basta con dar clic sobre la punta de cada una de las conexiones que requerimos y nuevamente dar clic sobre la que se desea conectar.

Con esto, ya tendríamos garantizado el correcto funcionamiento de este sencillo circuito.

Para probar que sucedería si esto lo hiciéramos en la vida real, basta con dar clic sobre el botón INICIAR SIMULACIÓN, que encontrarás en la esquina superior derecha.

ETAPA ELECTRÓNICA Y DE PROGRAMACIÓN DEL ROBOT

Ahora continuaremos con la etapa electrónica de nuestro proyecto. Para esto utilizaremos una placa Arduino Uno.

Te explico qué es esto.

Una placa Arduino es como una pequeña computadora que puedes programar para controlar cosas en el mundo real. Nos sirve para darle instrucciones a un robot, y este, puede controlar luces, motores, sensores y mucho más.

La placa tiene un "cerebro" llamado microcontrolador, que es como el chip de una computadora. Puedes programar este microcontrolador usando un lenguaje de computadora simple, similar al que usan los videojuegos.

Para programar la placa, necesitas conectarla a tu computadora con un cable USB.

Hay un programa gratuito llamado Arduino IDE que te permite escribir y cargar el programa al microcontrolador, pero la programación también se puede hacer a través de otros programas. Para mostrarte el circuito físico, en este curso utilizaremos el programa Mblock, que es muy parecido a Scratch.

Con una placa Arduino, se pueden crear proyectos como:

Un robot que sigue la luz
Un semáforo que funciona de verdad
Un juego de memoria
Un medidor de temperatura
Un sistema de riego automático para plantas, etcétera

Las placas Arduino son muy populares porque son:

Fáciles de usar: no necesitas ser un experto en electrónica para empezar.
Baratas: puedes comprar una placa Arduino por un precio similar al de un videojuego.
Versátiles: puedes usarlas para crear casi cualquier cosa que puedas imaginar.

Vayamos de nueva cuenta a nuestro simulador Tinkercad para empezar a trabajar en una placa Arduino Uno.

Abre el simulador con tu usuario y crea un nuevo diseño de circuito. Arrastra el componente al lienzo de simulación.

Lo primero que debemos hacer es: probar el buen funcionamiento de la tarjeta Arduino. Para ello, debemos programarla para que se encienda el led asociado en el PIN (conexión) número 13. Esta acción es muchas veces el llamado "HOLA MUNDO" de la placa Arduino.

La simulación es muy sencilla:

1. Da clic en el botón superior señalado como Código.

2. Al hacer esto, se abrirá una ventana dónde aparecerán bloques de programación, muy parecidos a los que se usan en Scratch.

3. El código que la ventana da por defecto, es precisamente el código que permite probar la tarjeta Arduino:

- definir led integrado en ALTA (esto indica que debe ENCENDER el led conectado al PIN 13)

- esperar 1 segundo

- definir led integrado en BAJA (esto indica que debe APAGAR el led conectado al PIN 13)

- esperar 1 segundo

4. Como ya hemos visto, para dar inicio a la simulación, basta con dar clic en el botón Iniciar simulación. Oberva lo que sucede con el LED conectado en el PIN 13.

5. Ahora, cambia el código de tal forma que explícitamente se le indique a la simulación que lo que debemos ENCENDER y APAGAR es el led del pin 13 y vuelve a INICIAR la simulación.

NOTA: Antes de realizar cualquier cambio, es necesario DETENER LA SIMULACIÓN con el mismo botón con el que la iniciaste.

EXTRA (Funcionamiento Mecánico de un Motor):

Como extra, te mostraré el principio del funcionamiento mecánico de un motor de corriente directa, que en un robot diferencial, es el elemento base para darle movilidad.

Los motores son la parte fundamental de nuestro robot porque son los que generan el movimiento. Pero, te has preguntado ¿por qué gira un motor?

Iniciemos explicando que las máquinas que conocemos (como puede ser una lavadora, una podadora, un dron, etcétera) utilizan motores para generar movimiento. Es necesario saber que existen dos tipos de motores:

Los automóviles utilizan motores de gasolina, aunque en la actualidad ya existen autos con motores eléctricos.

El principio del funcionamiento de los motores eléctricos es a partir del campo magnético que genera un imán. Observa el siguiente video, cortesía de Minilabs Robotics:

Utilicemos Tinkercad para simular esta misma conexión. Crea un nuevo diseño de circuito. Arrastra los componentes de una pila y un motor al lienzo de simulación. Realiza la conexión mostrada y da clic en Iniciar simulación:

Observa que el motor comienza a girar y se genera un mensaje que indica que está girando a -286RPM (Revoluciones por minuto). El signo negativo nos indica que el motor está girando hacia atrás. ¿Qué necesitamos hacer para que el motor gire hacia adelante?

Productos de la sesión:

- Desarrollo del circuito elaborado en la plataforma Tinkercad.

Lista de cotejo (10%)

- Descripción de las áreas y campos de aplicación de la robótica (al menos 3) y su impacto potencial en las vocaciones del futuro.

Lista de cotejo (5%)