REVISTA JUVENTUDYCIENCIASOLIDARIA: Enelcaminodelainvestigación Prototipodegatorobótico FreddyEfraínPotesNaranjo,CésarAlejandroGonzálezCarriel,GabrielGuillermoGuiracochaProcel FreddyEfraínPotesNaranjo ,tengo16 añosyEstudioeneltercerañodeMeca- trónicadelBGUdelaUnidadEducativa DomingoComín.Megustaaprendera desarrollarvideojuegosydibujar.Enla universidadquieroestudiardiseñográfico. CésarAlejandroGonzálezCa- rriel ,tengo17añosyestudioelterceraño deMecatrónicaenlaUnidadEducativa DomingoComín.Mipasatiempofavorito esentrenar,megustarealizarcódigos deprogramaciónydeseoestudiarenla UniversidadPolitécnicaSalesiana(UPS). GabrielGuillermoGuiracochaProcel , tengo17añosyestudioeltercerañoBGU delaUnidadEducativaDomingoComín,en laespecialidadMecatrónica.Megustajugar vóley.Enlauniversidadquieroestudiar gastronomía. Resumen Elpresenteartículodescribelaimplementacióny montajedeunrobotinspiradoenelementoscomunes denuestroentorno,comounamascotadecompañía. Seproponeunprototipoqueincluyeeldiseño,el ensamblajeylasposiblesaplicacionesdeungato robotizado,utilizandocódigoabiertodeprogramación enunaplacadeArduinoNano,asícomotecnologíade impresión3Dparalafabricacióndeloscomponentes. Laestructuraintegralestácompuestaporpiezasque ledanformaalgato,juntoconimplementoselectróni- coscomoservomotores.Todoesto,enconjuntocon unaaplicaciónmóvil,permitióalosestudiantesde mecatrónicadesarrollardestrezasenSTEAM. 12
Enelcaminodelainvestigación 13 Palabrasclave: roboteducativo,interacciónhumano- robot,impresión3D,Arduino,servomotor Explicacióndeltema Estetrabajosecentraenelusoderecursosdehard- wareysoftwareparallevaracaboexperienciasque sustentenlaoperaciónycontroldedispositivoscomple- jos,comoservomotores,atravésdeprototipos[1].La implementaciónyeldiseñoderobotspermiteestimular lasemocionesdelosestudiantesenelaulamediante laaplicacióndeelementosdelógicadeprogramación, asícomoconelprocesamientodeimágenes[2]. Eldiseñodelgatorobótico,mediantetécnicasde programaciónenArduinoylafabricacióndecom- ponentesutilizandounatecnologíaemergentecomo laimpresiónen3D,permiteafianzarlosconocimien- tosSTEAM(ciencia,tecnología,ingeniería,artey matemáticas)[3]enlosestudiantes. Eldiseño,ensamblajeeimplementacióndelpro- totipodegatorobóticopermitecomprenderdemanera eficazlaexperienciadelaintegracióndeconocimien- tosSTEAM,desarrollandodestrezasderazonamiento lógico,motrizyespacial[4].Laconstruccióndeun prototipobioinspiradocomienzaconelanálisisdeun modelobiológicoparaaprenderdeunsistemaviviente ydeterminarlascaracterísticasyloselementosque debenformarpartedelobjetoarecrear,elcualdebe imitar,enestecaso,lasaccionesdeungato.Existen muchosestudiospreviossobrelaconstruccióndepro- totiposdeinspiraciónbiológicacomoalternativasde aprendizajeparadesarrollarlainnovaciónycreativi- dadenlaformacióndelosestudiantes[5]. Metodologíaydesarrollo Paraeldesarrollodelprototipoderobotbioinspirado seutilizóunametodologíaqueconstadecincofases, lasquesedescribenacontinuación. Figura1. MetodologíaydesarrolloFuente:Autores Diseñodelprototipodegatorobótico Estediseñoplanteaunaestructuraarticulada,conla similituddelaanatomíadeungato,lacualcomprende lassiguientespartes:Undiseñoen3Dparaextrusión enPLA(ácidopoliláctico)paraelensamblajeymon- tajedeloscomponenteselectrónicos. Elchasisprincipaloesqueleto,lasextremidades, cabezaylacolaquesediseñanen3D,conlaapli-
14 JuventudyCienciaSolidaria. caciónTinkercadyseimprimenconlaherramienta Cura,haciendousodelaextensiónGcode. Figura2. BasedeestructuradeGatorobóticoendiseño 3DFuente:Autores Figura3. DiseñodelacabezadelgatoFuente:Autores Integracióndecomponenteselectrónicos Entreloscomponenteselectrónicosqueusaestegato robóticoseincluyeunaplacaArduinoNano,enlacual seescribiránlasinstruccionesparaelcontroldelos elementoselectrónicos,comoservomotores. Losservomotoressonlosdispositivosqueejecu- taránelmovimientoenlasarticulacionesdelaestruc- turaqueimitaelesqueletodelgato.Además,seutilizó unafuentedealimentacióndeenergía,mediantecable USB,aunqueesposiblehabilitarunabateríarecar- gableconelpropósitodequeelgatotengaautonomía. Otrosdeloselementosutilizadosenesteprototipo robóticofueron:MódulodecontrolBluethoothHC-05, yelcontroladordeservosPCA9685paraalimentary gestionarlosonceservomotores.Lossensoresdeprox- imidadseplanteandemaneraopcionalparaagregar elementosquefacilitenelaprendizajedecomponentes electrónicosalosestudiantesqueinteractuaránconel gato,debidoaqueseintegranconfacilidadalaplaca Arduino. ProgramacióndelaplacaArduino UtilizandoelsoftwareArduino,seelaboraelcódigo quepermiteactivarlosservomotoresyefectuargiros angularesquepermitensimularlosmovimientosdel gato. Paralasimulación,seutilizólaherramienta ThinkercadCircuits,quepermitióefectuarlaprueba delcódigodeprogramacióndelaplacaArduinoyel funcionamientodelosservomotores.Enlafigura4,se observaeldiagramadeflujodelcódigo,desarrollado conlaaplicacióndraw.io,elcualincluye20opciones demovimiento.Parasimplificarelcódigosehadejado expresadocomoopn,donden=20.
Enelcaminodelainvestigación 15 Figura4. FlujodelcódigodeprogramaciónFuente:Autores Ensamblajedeloscomponentesdelaestructura ydeloscomponenteselectrónicosydecontrol Enestafasesedesarrollarontressubtareas:Impresión decomponentesdelosdiseñoselaboradosen3D:Com- prendelaseleccióndeltipodematerial,comoelPLA, asícomolasdimensionesycaracterísticasdelacalidad delaimpresiónquegaranticeelbuenfuncionamiento deloscomponentes,asegurandolaprecisióndelas medidasparaelensamblaje,utilizandounacalidad estándar[6].Ensamblajedeloscomponentesimpresos: Estatareaimplicaintegrartantoelchasiscomolas extremidades,culminandoconlacabezaycola.Inte- gracióndeloscomponenteselectrónicos:Enlaplaca Arduinoseintegrantodosloscomponenteselectrónicos yseefectúanlasconexionesrespectivas. Figura5. GatorobóticoFuente:Autores
16 JuventudyCienciaSolidaria. Figura6. GatorobóticoFuente:Autores Pruebasdeusoyfunciones Concluidalaintegracióndecomponentes,serealizaron laspruebasdefuncionamientoysepudodeterminar laadecuadafuncionalidaddelprototipo.Laspruebas establecidassiguieronelflujodescritoenlasecciónde programacióndelaplacaArduino. Cadaunadelasopcionesdelatabla1fueprobada, yenpromedioserealizaronde3a5pruebasen cadaopciónhastalograrcomprobareladecuadofun- cionamiento. Tabla1. Accionesdelrobot OpciónComandoDescripción 1SitHacequeelrobotsesiente2dApagatodoslosservomotores3BalancePonealrobotenunaposicióndeequilibrioneutral4rc Recuperación,quizásunamaniobraparalevantarse siestávolcado5PuRealizaunaflexión(pushup)6StrEstiramiento7buttUpLevantalapartetrasera8Ly Hacequeelrobotseacuesteenunaposiciónde arrastre9PeeHacequeelrobotseparesobretrespatas10trLTrotehacialaizquierda11TrTroterápidoocarrera12TrRTrotehacialaderecha13crLArrastrehacialaizquierda14CrArrastrerápido15crRArrastrehacialaderecha16bkLRetrocesohacialaizquierda17BkRetroceso18bkRRetrocesohacialaderecha19CalibColocaalrobotenunaposturadecalibración20ZeroEjecutaunahabilidadpersonalizada Fuente:Autores Conclusiones Enesteartículo,selogróelobjetivodeconstruirungato robóticobioinspirado.Sibiennotodofuncionócorrecta- mentealaprimera,trasrealizarlosajustesnecesariospara eldesplazamientoangulardelosservomotores,sealcanzó lametadedesarrollarelprototipo,utilizandotodaslas técnicasyherramientasdescritasenesteartículo. Alconstruirelprototipodeunrobot,integrandolosre- sultadosdeldiseñodelaestructuradeunsermuyfamiliar comoesungatorobóticoenunaimpresiónen3D,ylaim- plementacióndeloselementosdeservomotorescontrolados
Enelcaminodelainvestigación 17 porunaplacadeArduinoNano,sepudoobtenerunaexpe- rienciaeficazeneldesarrollodedestrezasyconocimientos aplicadosasociadosalatecnología,elarte,laciencia,la programaciónylasmatemáticas(STEAM)queaportanal desarrollodelacreatividadylasolucióndeproblemas. Laestrategiaeducativade“aprenderhaciendo”permite desarrollarlascompetenciasdelaespecialidadmecatrónica, loquepermitealosestudiantesunaprendizajemásper- manenteyduraderoatravésdelaexperienciavivida. Comotrabajofuturoseesperadiseñarunperrobioinspi- radobajoelesquemafuncionalanteriorconmásmovimien- tosycomplementadoconlaimplementacióndeunaapli- caciónmóvilparadispositivosAndroid. Referencias [1]J.G.Jacome,T.Saltos,D.Jaramillo,M.García,yE. Guaichico,«Técnicasdecontrolparaelmotordeco- rrientecontinua:Unarevisiónsistemáticadeliteratura», Innov.Dev.Eng.Appl.Sci .,vol.2,n.o2,p.35,may 2021,doi:10.53358/ideas.v2i2.530. [2]C.Romero,J.Nieto,yC.Ochoa,«Revisióndeles- tadodelartedelasplataformasrobóticasorientadasa laeducación»,J.Eng.Technol.,vol.3,n.o2,2014, Accedido:23deseptiembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/6gLB0 [3]R.S.CamachoyM.Grané,«Programasdepensamiento computacionaleneducaciónprimaria:unarevisiónsis- temática»,Digit.Educ.Rev.,n.o44,Art.n.o44,dic. 2023,doi:10.1344/der.2023.44.133-145. [4]C.Ferrada,F.J.Carrillo-Rosúa,D.Díaz-Levicoy,yF. Silva-Díaz,«LarobóticadesdelasáreasSTEMenEdu- caciónPrimaria:unarevisiónsistemática», Educ. Knowl.Soc.EKS ,vol.21,p.18,jul.2020,doi: 10.14201/eks.22036. [5]M.J.MaízGuijarroyJ.L.Carvalho,«RobóticaEdu- cativaenEducaciónInfantil:unarevisiónsistemáticade laliteraturaenEspaña(2015-2020)», EDUTECH Rev.Int.Educ.Technol.Rev.Rev.Int.Tecnol.Educ. , vol.8,n.o1,pp.15-35,may2021,doi:10.37467/gka- revedutech.v8.2718. [6]R.Moran-Borbor,V.Galvis-Roballo,J.Niño-Vega,yF. Fernández-Morales,«Desarrollodeunrobotsumo comomaterialeducativoorientadoalaenseñanza deprogramaciónenArduino», Rev.HabitusSemilleros Investig .,vol.1,n.o2,p.e12178,ago.2021,doi: 10.19053/22158391.12178. [7]M.M.AbraryR.Islam,«DesignandDevelopment ofaBiologicallyInspiredRoboticCatforResearch andEducation», en202030thInternationalConference onComputerTheoryandApplications(ICCTA) , Alexandria,Egypt:IEEE,dic.2020,pp.82-87.doi: 10.1109/ICCTA52020.2020.9477678.