Fase D — Diseño
Al finalizar la sesión, el participante será capaz de diseñar la estructura física de un robot móvil, justificando la ubicación de sus componentes electrónicos y mecánicos con base en criterios de estabilidad, distribución de peso, modularidad y mantenimiento.
Despertar curiosidad
Todos tienen ruedas, motores y sensores. Entonces, ¿por qué unos son más rápidos, estables y precisos que otros?
Introducción a los componentes de los robots.
Chasis: Es la estructura que sostiene y organiza todos los componentes del robot. Debe ser resistente, estable y ligero.
Motores: Transforman la energía eléctrica en movimiento. Permiten que el robot avance, retroceda y gire.
Driver de motores: Actúa como intermediario entre el Arduino y los motores. Permite controlar su dirección y velocidad, suministrando la corriente necesaria.
Arduino: Es el controlador principal del robot. Ejecuta el programa, procesa la información de los sensores y envía órdenes a los motores.
Batería: Proporciona la energía eléctrica necesaria para alimentar el Arduino, los motores, sensores y demás componentes.
Sensor ultrasónico: Permite detectar obstáculos midiendo la distancia mediante ondas ultrasónicas. El HC-SR04 es un ejemplo común.
Ruedas: Transmiten el movimiento de los motores al suelo y permiten el desplazamiento del robot. Su tamaño y material influyen en la velocidad, estabilidad y tracción.
Ideas generales sobre el diseño
Centro de gravedad: Es el punto donde se concentra el peso del robot. Debe mantenerse bajo y bien ubicado para evitar que el robot se vuelque durante el movimiento.
Distribución del peso: El peso debe repartirse de manera equilibrada para mejorar la estabilidad, la tracción y el comportamiento de los motores.
Modularidad: El robot debe diseñarse de forma que sus componentes puedan agregarse, retirarse o reemplazarse fácilmente sin tener que reconstruir todo el sistema.
Accesibilidad: Los componentes importantes, como batería, Arduino, driver y conexiones, deben ser fáciles de alcanzar para realizar mantenimiento, pruebas o reparaciones.
Protección del sistema: Los componentes electrónicos y mecánicos deben estar protegidos contra golpes, polvo, cables sueltos y otros elementos que puedan afectar el funcionamiento del robot.
Trabajo sobre el chasis
El chasis es la estructura principal del robot. Su diseño influye directamente en la estabilidad, velocidad, maniobrabilidad y distribución del peso.
Forma y dimensiones: El tamaño y la forma deben adaptarse a la función del robot. Un chasis compacto facilita los giros y el desplazamiento en espacios reducidos.
Material: Debe ser suficientemente resistente, pero también ligero. Se pueden utilizar materiales como acrílico, aluminio, MDF, impresión 3D o piezas estructurales.
Distribución de componentes: Los motores, batería, Arduino, driver y sensores deben ubicarse estratégicamente para mantener el equilibrio y facilitar el acceso.
Centro de gravedad: Los componentes pesados, especialmente la batería, deben colocarse preferiblemente en una posición baja y centrada para reducir el riesgo de vuelco.
Distancia entre ruedas: La separación entre las ruedas afecta la estabilidad y la capacidad de giro. Una mayor distancia puede aumentar la estabilidad, mientras que una menor puede favorecer la maniobrabilidad.
Rigidez estructural: El chasis no debe flexionarse excesivamente durante el movimiento, ya que las vibraciones pueden afectar sensores, conexiones y precisión del robot.
Modularidad: Es recomendable diseñar puntos de montaje para poder agregar o cambiar sensores, motores y otros componentes sin modificar completamente la estructura.
Protección: El chasis debe proteger los componentes electrónicos de golpes y permitir que los cables queden organizados y seguros.
Un buen chasis no es el que simplemente sostiene los componentes; es el que permite que todo el robot funcione de manera estable, eficiente y fácil de mantener.
Idea para los estudiantes: antes de construir, deben realizar un boceto del chasis indicando dónde estará cada componente y justificar por qué eligieron esa ubicación.