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,
estudio en el colegio Técnico Salesiano, en la
especialidad de Mecatrónica. Soy entusiasta
de la filosofía, la psicología, la robótica y e l
pensamiento fuera de la caja, así como el
conocer y descubrir el mundo de la ciencia
en la cotidianidad.
Fiorella Iveth Rivera Alvarez, tengo
17 años, estudio Mecatrónica en la Unidad
Educativa Técnico Salesiano. Me interesa
el arte que enfoca la libertad de expresión
corporal, la historia de la arquitectura, el
diseño y las estructuras. Mi pasión en la
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-
trategias de aprendizaje que favorecen el desarrollo
de las habilidades cognitivas de los estudiantes en
el ámbito de la robótica, surge el desarrollo de este
proyecto integrador, enfocado en proporcionar de un
prototipo robótico a los laboratorios mecatrónicos
de la UETS, con el cual, los estudiantes puedan tra-
bajar desarrollando habilidades y destrezas para el
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10 Juventud y Ciencia Solidaria.
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.
Explicación del tema
La robótica educativa, se ha ido consolidando a través
de la última década, como una audaz herramienta
para fomentar, a temprana edad, el interés de niños
y adolescentes en el mundo de la mecatrónica, es por
ello que con el desarrollo de la tecnología se han ido
implementando a la par, numerosas estrategias para
generar en los robots, un atractivo para los niños y
jóvenes. Por mencionar algunos de ellos, están los kit
Mindstorm de Lego, estos fueron utilizados por [1]
al crear una plataforma de aprendizaje denominada
“AMIBOT” para dirigir el kit ya mencionado hacia
niños en temprana formación escolar. También destaca
el caso de [2] quien enfocó un entorno de programación
hacia niños de 4 a 6 años, que a pesar de manejar
únicamente de 8 a 10 comandos en bloques, contribuye
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-
preso y Programación de las Extremidades Superiores
ver Figura 1.
Figura 1. Diseño de PCB
Fuente: Autores
Diseño de la estructura
Se comenzó trazando un boceto de las ideas principales
y los componentes imprescindibles. Los brazos poli ar-
ticulados, en el área de los hombro y codo para facilitar
los giros y movimientos angulares; las extremidades
inferiores (cuatro) le proporcionan mejor estabilidad
y movimiento a las ruedas Mecanum. El diseño fue
inspirado en las figuras básicas como son: hexágonos,
octógonos, círculos y cuadrados. La estructura de la
cabeza, torso, pelvis, brazos y piernas se basaron en
estas cuatro figuras geométricas. Una vez diseñada las
partes en Inventor, se procedió a imprimir en 3D con
ayuda de la aplicación Ultimaker Cura, en material
PLA(Ácido poliláctico); después de ocho horas se obtu-
vieron las piezas listas para el ensamblado y colocación
de motores y ruedas. (Figura 2)
Figura 2. Diseño de la estructura en Inventor
Fuente: Autores
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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 3. Estructura en impresión 3D
Fuente: Autores
Se utilizaron pines digitales Arduino y
PWM(modulación por ancho de pulsos), de forma
que al enviar un cero lógico por digital y un ciclo
útil de 255 en la señal PWM se obtiene la velocidad
máxima, para invertirla, simplemente se cambia el
valor lógico de 0 a 1 y en el PWM se escribe 0 o un
valor cercano dependiendo de la velocidad deseada.
Como primera instancia el control de los cuatro
motores se realizó con un módulo Bluetooth, y el envío
de datos se proporcionó mediante una aplicación, de
modo que las velocidades no eran variables. Después
se sustituye el celular por un mando a distancia, el
cual envia los datos provenientes desde un joystick,
para la utilización valores análogos y variación de la
velocidad.
El planteamiento de la dirección utilizando el mó-
dulo joystick supuso un reto en el desarrollo del
proyecto, ya que las direcciones no se limitaron a las
ocho presentadas en la figura 1, sino que se integran
innumerables combinaciones de estas. Este problema
fue resuelto aplicando conceptos de trigonométricos
para obtener el ángulo de la dirección y en base a aque-
llo calibrar la potencia en cada uno de los motores de
modo que se combinen diferentes direcciones acordes
a los datos recibidos.
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
Diseño del Circuito Impreso
El circuito está integrado por un mini driver (L298),
cuatro servomotores (MG90S), un Arduino nano, un
Bluetooth (HC-05), integrado regulador (7805) y una
batería de 1100mAh. Se comienza diseñando el circuito,
designando pines, orden y posición en la que es más
conveniente cada componente, se prosigue montando el
circuito en Protoboard para verificar la funcionalidad
y el espacio que abarca todo el circuito. Este diseño
se pasa a Altium, un software enfocado en facilitar y
diseñar de una forma más rápida y eficiente las PCB
(placa de circuito impreso) donde se corrige el número
de espacios que ocupa cada componente y se conecta
de la manera más adecuada. Una vez acabado el diseño
se procede a imprimir con ayuda de una impresora
láser en un papel termotransferible, que, gracias a una
enmicadora, el calor se transfiere del diseño impreso
a la placa de cobre, posteriormente se retira el cobre
excedente utilizando cloruro férrico. Se hacen los agu-
jeros para los pines de los componentes, se retira la
tinta que protege las pistas de cloruro férrico con di-
solvente y se finaliza soldando los componentes (Figura
5-8).
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Figura 5. mini driver L298
Fuente: Autores
Figura 6. Servomotores (MG90S)
Fuente: Autores
Figura 7. Arduino nano
Fuente: Autores
Figura 8. Bluetooth (HC-05)
Fuente: Autores
Figura 9. Regulador (7805)
Fuente: https://shorturl.at/rBS36
Programación de las extremidades superiores
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
articulaciones móviles del robot.
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.
Se completó todo el cronograma de planificación,
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
gracias a Fabián Pesantez, quien, con su acertada
metodología, consiguió inculcarnos el interés por la
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robótica, por lo que uno de los robots llevará su nom-
bre en agradecimiento al aporte técnico y profesional
que lo caracteriza.
Referencias
[1] Pinto-Salamanca, M. L., Barrera-Lombana, N., &
Pérez-Holguín, W. J. (2010). Uso de la robótica
educativa como herramienta en los procesos de en-
señanza. Ingeniería Investigación y Desarrollo, 10
(1), 15-23.
[2] Ramírez-Benavides, K., & Guerrero, L. A. (2014).
MODEBOTS: Entorno de programación de robots
para niños con edades entre 4-6 años. VAEP-RITA-
Versión Abierta Español-Portugués, 2 (3), 139-146.
[3] Valverde, J, Pérez, M, Zavaleta, C, Rodríguez,
S, Alcántara, J, & Ramos, E. (2021). CON-
TROL ÓPTIMO LQR PARA ORIENTAR LA
PLATAFORMA MÓVIL DE UN ROBOT PA-
RALELO DE 2GDL EXPERIMENTAL, Revista
de investigaciones. [digital]. Vol. 10, N.º 4, pp. 362.
https://doi.org/10.26788/riepg.v10i4.3500
