REVISTA

JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:

En el camino de la investigación

Diseño e implementación de robots

didácticos

Josué David Criollo Campoverde, Fiorella Iveth Rivera Alvarez,

Génesis Daniela Rodríguez Galarza

Josué David Criollo Campoverde, Fiorella Iveth Rivera Alvarez, tengo estudio en el colegio Técnico Salesiano, en la 17 años, estudio Mecatrónica en la Unidad

especialidad de Mecatrónica. Soy entusiasta Educativa Técnico Salesiano. Me interesa

de la filosofía, la psicología, la robótica y el el arte que enfoca la libertad de expresión

pensamiento fuera de la caja, así como el corporal, la historia de la arquitectura, el

conocer y descubrir el mundo de la ciencia diseño y las estructuras. Mi pasión en la

en la cotidianidad. pintura.

Génesis Daniela Rodríguez Galarza, tengo 16 años y estudio la especialidad de Mecatrónica en la Unidad Técnico Salesiano.

Mis gustos van inclinados al arte, la música y mi pasión más grande es la cocina, el arte culinario llama mi corazón, me inspira y libera creativamente.

Resumen

Consecuente al avance tecnológico y a las nuevas es-proyecto integrador, enfocado en proporcionar de un trategias de aprendizaje que favorecen el desarrollo prototipo robótico a los laboratorios mecatrónicos de las habilidades cognitivas de los estudiantes en de la UETS, con el cual, los estudiantes puedan tra-el ámbito de la robótica, surge el desarrollo de este bajar desarrollando habilidades y destrezas para el

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desarrollo de robots e incrementar sus conocimien-

tos de diferentes softwares y hardware, inspirando la

creación y potenciación de proyectos enfocados en la

rama de estudio, así como futuras contribuciones de

integración y solidificación de conocimientos y técnicas

de la creación de prototipos derivados.

Palabras clave: robot, rueda Mecanum, Arduino,

acelerómetro, didáctico. Figura 1. Diseño de PCB

Fuente: Autores

Explicación del tema

Diseño de la estructura

La robótica educativa, se ha ido consolidando a través

Se comenzó trazando un boceto de las ideas principales de la última década, como una audaz herramienta

y los componentes imprescindibles. Los brazos poli ar-para fomentar, a temprana edad, el interés de niños ticulados, en el área de los hombro y codo para facilitar y adolescentes en el mundo de la mecatrónica, es por

los giros y movimientos angulares; las extremidades

ello que con el desarrollo de la tecnología se han ido

inferiores (cuatro) le proporcionan mejor estabilidad implementando a la par, numerosas estrategias para

y movimiento a las ruedas Mecanum. El diseño fue

generar en los robots, un atractivo para los niños y

inspirado en las figuras básicas como son: hexágonos, jóvenes. Por mencionar algunos de ellos, están los kit

octógonos, círculos y cuadrados. La estructura de la

Mindstorm de Lego, estos fueron utilizados por [1]

cabeza, torso, pelvis, brazos y piernas se basaron en al crear una plataforma de aprendizaje denominada

estas cuatro figuras geométricas. Una vez diseñada las “AMIBOT” para dirigir el kit ya mencionado hacia

partes en Inventor, se procedió a imprimir en 3D con

niños en temprana formación escolar. También destaca

ayuda de la aplicación Ultimaker Cura, en material

el caso de [2] quien enfocó un entorno de programación

PLA(Ácido poliláctico); después de ocho horas se obtu-hacia niños de 4 a 6 años, que a pesar de manejar vieron las piezas listas para el ensamblado y colocación únicamente de 8 a 10 comandos en bloques, contribuye

de motores y ruedas. (Figura 2)

a la formación de un pensamiento lógico, de vital im-

portancia para áreas de trabajo actuales, tales como

las distintas ingenierías de hoy.

Este proyecto está enfocado en el diseño y cons-

trucción de dos robots didácticos enfocados a la en-

señanza de la robótica con Arduino de forma inte-

ractiva, generando un acercamiento amigable para los

niños inculcando así una inclinación por las distintas

disciplinas relacionadas a la automatización y la Meca-

trónica. Para ello nos hemos valido de la herramienta

Arduino y sus diferentes módulos, esto debido a su

fácil acceso y costo en el mercado.

El desarrollo de este proyecto se dividió en cuatro

sub procesos: Diseño de la Estructura, Construcción

del Tren de Movilidad Inferior, Diseño del Circuito Im-Figura 2. Diseño de la estructura en Inventor preso y Programación de las Extremidades Superiores Fuente: Autores ver Figura 1.

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Construcción del Tren de Movilidad Inferior

El prototipo lleva ruedas Mecanum, patentadas por

[3]; las mismas que basan su funcionamiento en cam-

biar la dirección natural de 90° a 45°, por lo que su

movimiento en diagonal con distintas configuraciones

de giro, dan como resultado múltiples movimientos en

360° (Figura 3).

Figura 4. Rueda Mecanum

Fuente: Autores

En cuanto a la potencia o velocidad general del

tren inferior se aplicó el teorema de Pitágoras obte-niendo la hipotenusa de las componentes en los dos ejes cartesianos. Este valor, se convirtió mediante reglas de tres a la potencia general que se aplica se pronuncie la señal del joystick

Figura 3. Estructura en impresión 3D

Fuente: Autores

Se utilizaron pines digitales Arduino y

PWM(modulación por ancho de pulsos), de forma Diseño del Circuito Impreso

que al enviar un cero lógico por digital y un ciclo

útil de 255 en la señal PWM se obtiene la velocidad El circuito está integrado por un mini driver (L298), máxima, para invertirla, simplemente se cambia el cuatro servomotores (MG90S), un Arduino nano, un valor lógico de 0 a 1 y en el PWM se escribe 0 o un Bluetooth (HC-05), integrado regulador (7805) y una valor cercano dependiendo de la velocidad deseada. batería de 1100mAh. Se comienza diseñando el circuito, Como primera instancia el control de los cuatro designando pines, orden y posición en la que es más motores se realizó con un módulo Bluetooth, y el envío conveniente cada componente, se prosigue montando el de datos se proporcionó mediante una aplicación, de circuito en Protoboard para verificar la funcionalidad modo que las velocidades no eran variables. Después y el espacio que abarca todo el circuito. Este diseño se sustituye el celular por un mando a distancia, el se pasa a Altium, un software enfocado en facilitar y cual envia los datos provenientes desde un joystick, diseñar de una forma más rápida y eficiente las PCB

para la utilización valores análogos y variación de la (placa de circuito impreso) donde se corrige el número velocidad. de espacios que ocupa cada componente y se conecta El planteamiento de la dirección utilizando el mó-de la manera más adecuada. Una vez acabado el diseño dulo joystick supuso un reto en el desarrollo del se procede a imprimir con ayuda de una impresora proyecto, ya que las direcciones no se limitaron a las láser en un papel termotransferible, que, gracias a una ocho presentadas en la figura 1, sino que se integran enmicadora, el calor se transfiere del diseño impreso innumerables combinaciones de estas. Este problema a la placa de cobre, posteriormente se retira el cobre fue resuelto aplicando conceptos de trigonométricos excedente utilizando cloruro férrico. Se hacen los agu-para obtener el ángulo de la dirección y en base a aque- jeros para los pines de los componentes, se retira la llo calibrar la potencia en cada uno de los motores de tinta que protege las pistas de cloruro férrico con di-modo que se combinen diferentes direcciones acordes solvente y se finaliza soldando los componentes (Figura a los datos recibidos. 5-8).

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Figura 9. Regulador (7805) Fuente: https://shorturl.at/rBS36

Figura 5. Programación de las extremidades superiores mini driver L298

Fuente: Autores Se busca entregar una experiencia dinámica y propia con los robots, por lo que el control de sus extremi-

dades superiores imita el movimiento realizado por el operario.

El empleo de acelerómetros es la base de esta idea,

al ser un sensor que permite medir la aceleración y el momento angular en el que se encuentra. Con estos

datos y el tiempo empleado en la aceleración, Arduino se puede calcular la velocidad y posición. Se envían

órdenes que permiten el movimiento de los brazos,

mediante los servomotores que se emplean como las

Figura 6. articulaciones móviles del robot. Servomotores (MG90S) Fuente: Autores

Conclusiones

El primer prototipo se divulgó con los estudiantes de Mecatrónica de Primero de Bachillerato, se pudo ob-

servar el interés de los mismos con lo que se cumple el objetivo principal que es de inspiración para proyectos enfocados en robótica con estudiantes de la UETS.

Figura 7. Se completó todo el cronograma de planificación, Arduino nano

Fuente: Autores por lo que los laboratorios mecatrónicos de la UETS

cuentan con un prototipo robótico desarrollado 100 %

en las instalaciones de la institución.

Al terminar con este proyecto los autores declaran

haber incrementado sus conocimientos en software y

hardware, así como la aplicación de estrategias que

surgieron dentro de un proyecto integrador.

Agradecimientos

El avance y desarrollo de este trabajo fue posible

Figura 8. gracias a Fabián Pesantez, quien, con su acertada Bluetooth (HC-05)

Fuente: Autores metodología, consiguió inculcarnos el interés por la En el camino de la investigación 13

robótica, por lo que uno de los robots llevará su nom- [2] Ramírez-Benavides, K., & Guerrero, L. A. (2014).

bre en agradecimiento al aporte técnico y profesional MODEBOTS: Entorno de programación de robots que lo caracteriza. para niños con edades entre 4-6 años. VAEP-RITA-Versión Abierta Español-Portugués, 2 (3), 139-146.

Referencias [3] Valverde, J, Pérez, M, Zavaleta, C, Rodríguez, S, Alcántara, J, & Ramos, E. (2021). CON-

[1] Pinto-Salamanca, M. L., Barrera-Lombana, N., & TROL ÓPTIMO LQR PARA ORIENTAR LA Pérez-Holguín, W. J. (2010). Uso de la robótica PLATAFORMA MÓVIL DE UN ROBOT PA-educativa como herramienta en los procesos de en- RALELO DE 2GDL EXPERIMENTAL, Revista señanza. Ingeniería Investigación y Desarrollo, 10 de investigaciones. [digital]. Vol. 10, N.º 4, pp. 362.

(1), 15-23. https://doi.org/10.26788/riepg.v10i4.3500