Semana 2
Construir un robot que se mueva
Convierte el giro de un motor en un rodar parejo y diseña un chasis que avance sin voltearse.
- 65 a 80 minutos
- Misión: Construir una base rodante estable y probar cómo cambian su movimiento las ruedas, los engranes y el chasis que elijas.
Ahora que los estudiantes saben qué es un robot, construyen uno que de verdad se mueve. Aprenden cómo un motor hace girar un eje, cómo las ruedas y los engranes convierten ese giro en movimiento, y cómo los engranes cambian velocidad por fuerza de giro (par motor). Investigan por qué algunas bases con ruedas se voltean y otras se mantienen firmes (la fricción y la tracción dan agarre, y un centro de masa bajo y ancho da estabilidad) y conocen la tracción diferencial, en la que mover las dos ruedas a distinta velocidad es lo que dirige al robot. Después, cada estudiante construye y prueba su propia base rodante.
Al terminar esta semana vas a poder
- Explicar cómo el motor, el eje y las ruedas convierten el giro en rodadura
- Identificar las ruedas, los ejes y los engranes de una base rodante
- Comparar velocidad y par motor, y cómo los engranes cambian uno por el otro
- Usar la fricción y la tracción para explicar por qué las ruedas agarran o patinan
- Reconocer diseños de chasis estables e inestables
- Explicar cómo la separación entre las ruedas y el centro de masa afectan el equilibrio
- Construir o simular una base rodante y dirigirla con tracción diferencial
- Probar un diseño y mejorarlo a partir de los resultados
Aprende
Del motor que gira al robot que rueda
Un motor gira cuando recibe energía, pero un motor girando por sí solo no va a ninguna parte. Para moverse, el robot conecta el motor a un eje, y el eje sostiene las ruedas. Cuando el motor hace girar el eje, las ruedas giran y el robot rueda.
Así que la cadena es: el motor gira, el eje da vueltas, las ruedas ruedan. Si algún eslabón de esa cadena está flojo o falta, el giro nunca llega al suelo y el robot se queda quieto.
Por ejemplo: Un motor que hace girar un eje pelado, sin rueda, solo gira en el aire; Una rueda encajada en un eje que gira hace avanzar al robot
Los engranes cambian velocidad por par motor
Los engranes son ruedas dentadas que se traban entre sí para que una haga girar a la otra. Cuando un engrane pequeño mueve uno grande, el grande gira más despacio pero con más fuerza de giro. Cuando uno grande mueve uno pequeño, el pequeño gira más rápido pero con menos fuerza.
Esa fuerza de giro se llama par motor. Los engranes te dejan elegir: un robot lento y fuerte que puede subir o empujar, o uno rápido y más débil que se desliza veloz por un piso plano. No puedes tener la máxima velocidad y el máximo par motor al mismo tiempo: cambias uno por el otro.
Por ejemplo: Una bicicleta en marcha baja: lenta, pero fácil de pedalear cuesta arriba (mucho par motor); Una bicicleta en marcha alta: rápida en plano, pero difícil de arrancar (poco par motor)
Fricción y tracción: cómo agarran las ruedas
La fricción es la fuerza de roce entre dos superficies que se tocan. Sin fricción, una rueda girando solo patinaría en el mismo sitio y el robot no iría a ninguna parte, como unas llantas sobre hielo.
La tracción es qué tan bien agarra una rueda al suelo, y viene de la fricción. Una llanta de hule sobre una alfombra tiene mucha tracción; una rueda lisa de plástico sobre un piso resbaloso tiene muy poca. Con buena tracción, el giro de la rueda se convierte en avance de verdad.
Por ejemplo: Las llantas de hule agarran el camino (mucha tracción); Una rueda que gira sobre una superficie mojada o lisa (poca tracción); Ponerle una liga alrededor a una rueda resbalosa para que agarre mejor
Equilibrio, estabilidad y centro de masa
El centro de masa es el punto promedio donde se concentra el peso del robot. Un robot se voltea cuando su centro de masa se inclina más allá de sus ruedas.
Para que un robot sea más estable, mantén su centro de masa bajo y su base ancha. Una base baja y ancha es difícil de voltear; una alta, angosta y pesada por arriba se voltea fácil. Por eso los autos de carreras son bajos y anchos, y por eso una torre de bloques se cae cuando se hace demasiado alta.
Por ejemplo: Una base baja y ancha se mantiene derecha al dar vuelta; Una torre alta de piezas se voltea cuando el robot frena de golpe; Poner la batería pesada abajo en el chasis para bajar el centro de masa
Diseño del chasis: el armazón del robot
El chasis es el armazón que mantiene unidos los motores, los ejes, las ruedas y la batería. Un buen chasis mantiene las ruedas bien alineadas, sujeta los motores con firmeza y coloca las piezas pesadas abajo.
Las decisiones de diseño importan: unas ruedas demasiado separadas o demasiado juntas, un motor flojo o un armazón que se bambolea cambian la forma en que se mueve el robot. El chasis no es solo una caja: decide si el robot rueda derecho, gira limpiamente y se mantiene en pie.
Por ejemplo: Ruedas bien alineadas para que el robot ruede en línea recta; Un armazón firme para que el motor no se bambolee; El peso abajo y centrado sobre las ruedas
Tracción diferencial: dirigir con la velocidad
La mayoría de los robots pequeños se dirigen con tracción diferencial: dos ruedas, una de cada lado, y cada una movida por su propio motor. Cuando las dos ruedas giran a la misma velocidad, el robot avanza derecho.
Para girar, haces que las ruedas vayan a distinta velocidad. El robot se curva hacia el lado de la rueda más lenta. Si una rueda va hacia adelante y la otra hacia atrás, el robot gira sobre su propio eje. No hay volante: la diferencia de velocidad entre las ruedas es la dirección.
Por ejemplo: Las dos ruedas a la misma velocidad: derecho hacia adelante; La rueda izquierda más lenta que la derecha: el robot se curva a la izquierda; La rueda izquierda hacia adelante y la derecha hacia atrás: el robot gira sobre su propio eje
Palabras que hay que saber
- Motor:
- Una pieza que gira cuando recibe energía y le da al robot el movimiento que necesita para rodar.
- Eje:
- Una varilla a la que se sujeta una rueda, de modo que cuando el eje gira, la rueda gira con él.
- Rueda:
- Una pieza redonda que hace rodar al robot por el suelo cuando su eje gira.
- Engrane:
- Una rueda dentada que se traba con otra para transmitir el giro y cambiar su velocidad o su fuerza.
- Velocidad:
- Qué tan rápido se mueve el robot. Un engrane pequeño que mueve uno grande hace que las ruedas giren más despacio.
- Par motor:
- La fuerza de giro que tiene un motor o un engrane. Más par motor significa más fuerza para mover un robot pesado o para subir.
- Fricción:
- La fuerza de roce entre dos superficies que se tocan. Frena el deslizamiento y hace que las ruedas agarren en lugar de girar en el mismo sitio.
- Tracción:
- Qué tan bien agarra una rueda al suelo. Con buena tracción, la rueda empuja al robot hacia adelante en lugar de patinar.
- Equilibrio:
- Repartir el peso del robot para que se mantenga derecho y no se voltee.
- Estabilidad:
- Qué tan difícil es voltear un robot. Una base baja y ancha es más estable que una alta y angosta.
- Centro de masa:
- El punto promedio donde se concentra el peso del robot. Cuanto más bajo esté el centro de masa, más difícil es voltearlo.
- Chasis:
- El armazón o la base del robot que mantiene unidos los motores, las ruedas y todo lo demás.
- Tracción diferencial:
- Una forma de dirigir moviendo las dos ruedas laterales a distinta velocidad: el robot gira hacia el lado de la rueda más lenta.
Cuídate
Lee esto antes de construir o poner a andar un robot esta semana.
- Caution:Mantén los dedos, el cabello y la ropa suelta lejos de las ruedas y los engranes en movimiento, y apaga el motor antes de cambiar piezas.
- Caution:Usa tijeras seguras para niños con un adulto para cortar el cartón y los agujeros de los ejes, y mantén sin punta las brochetas.
- Caution:Prueba las bases rodantes en un espacio despejado, lejos de las orillas de las mesas, las escaleras y los desniveles.
- Note:Guarda tu trabajo con frecuencia para que al recargar el navegador no se pierdan tu chasis ni tu bitácora de pruebas.
Manos a la obra
Elige tu ruta
Puedes hacer este curso con un kit de robótica, con el simulador del navegador, o sin dispositivos, con materiales de casa. Elige una: puedes cambiar cuando quieras sin perder tu trabajo.
Investigación virtual del chasis
Kit de robóticaExplorar cómo el tamaño de las ruedas, los engranes y la forma de la base cambian el movimiento, el agarre y el equilibrio de una base rodante.
- Vas a cambiar una sola cosa a la vez (el tamaño de las ruedas, los engranes, el ancho de la base o el peso) y observar cómo se mueve la base. Cambiar una sola cosa a la vez es la manera de saber qué provocó cada efecto.
- Después de cada cambio, anota qué pasó con la velocidad, el agarre y la estabilidad. Escribe qué configuración rodó derecho y rápido, y cuál se mantuvo más firme.
Intercambia ruedas y engranes reales en una base del kit
Necesitas: Un kit de robótica programable con dos motores, Ruedas y engranes surtidos del kit, Hoja de trabajo Bitácora de pruebas del chasis
Pasos
- 1Arma una base sencilla de dos motores y hazla avanzar derecho por el piso a una velocidad fija.
- 2Cambia las ruedas por un par más grande o más pequeño y recorre la misma distancia otra vez. Anota el cambio de velocidad.
- 3Cambia los engranes (o la potencia del motor) para que las ruedas giren más despacio, y siente cuánto más cuesta detener la base: eso es más par motor.
- 4Ponle una pieza alta encima, luego baja el peso, y observa cuál de las dos versiones se voltea más fácil.
Así se ve el éxito: Las ruedas más grandes ruedan más rápido pero cuestan más de arrancar; una relación de engranes más baja da más par motor; una base baja y ancha es la más difícil de voltear.
- Se probaron y registraron al menos tres configuraciones
- Cada cambio describe su efecto en la velocidad, el agarre o la estabilidad
- Se señala una configuración como la más estable, con una razón
Seguridad: Mantén los dedos, el cabello y la ropa suelta lejos de los engranes y las ruedas en movimiento. Apaga el motor antes de cambiar ruedas o engranes.
Si no funciona
- La base se curva en lugar de ir derecho
- - Revisa que las dos ruedas estén bien apretadas y que los motores giren a la misma velocidad; una rueda floja o motores disparejos hacen que se curve.
- Una rueda gira pero la base no se mueve
- - La rueda está patinando: hay poca tracción. Prueba con una rueda que agarre mejor o con una superficie más áspera.
Ve más lejos: Encuentra la combinación de ruedas y engranes que sube tu rampa sin atascarse.
Laboratorio virtual de chasis
Diseña un robot con ruedas y luego observa cómo le va en cuatro pruebas. Cambia una sola cosa a la vez y lee los consejos para entender por qué un diseño funciona o falla.
Tu diseño
Superficie de prueba
Superficie: Piso liso
Resultados en vivo
Resultados de las pruebas
- Línea rectaBien
Avanzó derecho y agarró bien la superficie.
- GiroBien
Giró limpiamente usando las dos ruedas.
- Rampa pequeñaBien
Subió la rampa con fuerza de sobra.
- Superficie resbalosaRegular
Se movió despacio, pero conservó algo de agarre.
Por qué pasó esto
- Un diseño sólido y estable: bajo, ancho y con buen agarre.
¿Qué estás probando?
- Línea recta:
- ¿Puede rodar derecho sin patinar ni bambolearse?
- Giro:
- ¿Puede girar limpiamente sin derrapar ni tardarse demasiado?
- Rampa pequeña:
- ¿Tiene suficiente fuerza y agarre para subir una pendiente o vencer una resistencia?
- Superficie resbalosa:
- ¿Se sigue moviendo cuando el piso casi no tiene agarre?
Reto de la base rodante
Kit de robóticaConstruir una base rodante que avance derecho, se mantenga en pie y pueda dirigirse con tracción diferencial.
- Construye una base con dos ruedas motrices, una de cada lado, más un apoyo adelante o atrás para que no se voltee. Mantén las piezas pesadas abajo y las ruedas bien alineadas.
- Prueba tres cosas: ¿rueda derecho?, ¿puede dirigirse moviendo las ruedas a distinta velocidad?, ¿se mantiene en pie cuando frena y cuando gira? Corrige una cosa a la vez hasta que las tres funcionen.
Base rodante con kit físico
Necesitas: Un kit de robótica programable con dos motores, ruedas y ejes, Una rampa o libros para la prueba de volcadura, Hoja de trabajo Bitácora de pruebas del chasis
Pasos
- 1Arma un chasis que sujete con firmeza dos motores, cada uno moviendo una rueda lateral, con una rueda loca o una zapata que equilibre el tercer punto de apoyo.
- 2Mantén la batería y las piezas pesadas abajo y centradas para que el centro de masa quede bajo.
- 3Hazla avanzar y ajústala hasta que ruede derecho, y luego mueve las dos ruedas a distinta velocidad para hacerla girar.
- 4Pon a prueba su estabilidad frenando de golpe y avanzando por una pendiente ligera.
Así se ve el éxito: Una base de kit que rueda derecho, gira por tracción diferencial y se mantiene en pie al frenar y en una pendiente suave.
- Rueda derecho durante al menos un metro
- Gira a la izquierda y a la derecha cambiando la velocidad de las ruedas
- Se mantiene en pie al frenar de golpe
- Los motores y las ruedas están bien sujetos
Seguridad: Mantente lejos de las ruedas y los engranes en movimiento mientras avanza. Haz las pruebas en un espacio despejado, lejos de bordes y escaleras.
Si no funciona
- Siempre se desvía hacia un lado
- - Puede que un motor sea más rápido o que una rueda esté floja; iguala la velocidad de los motores y aprieta las dos ruedas.
- Se va de frente cuando frena
- - El centro de masa está demasiado alto o demasiado adelante; baja el peso y córrelo hacia atrás, sobre las ruedas.
Ve más lejos: Prográmala para que recorra una línea recta y luego un cuadrado, usando giros de tracción diferencial.
Predice
Commit to a guess before you test - then see how close you were. Your predictions save automatically.
Cómo comprobarlo: Inclina cada base en la rampa (o usa la pendiente del simulador) y observa cuál se voltea primero; compáralo con tu predicción.
Cómo comprobarlo: Cambia los engranes para que las ruedas giren más despacio, sube la rampa y comprueba si sube mejor pero avanza más lento.
Prueba y mejora
Prueba de velocidad y rectitud de la base rodante
Marca una línea de salida y una de llegada separadas un metro. Haz avanzar la base desde la salida y registra cuántos segundos tarda y qué tan desviada termina de la línea. Repítelo tres veces.
Qué medir: El tiempo que tarda en recorrer la distancia y cuánto se desvió la base de la línea recta
| Run | Tiempo hasta la llegada (segundos) | Desviación de la línea recta (cm) | Notas |
|---|---|---|---|
Prueba de estabilidad ante volcaduras
Coloca la base en la rampa y levántala poco a poco hasta que la base se voltee. Registra el ángulo de volcadura (o el número de libros) para una configuración baja y ancha y para una alta y angosta.
Qué medir: El ángulo o la altura de la rampa a la que se voltea cada configuración
| Configuración | Se voltea con cuántos libros / a qué ángulo | ¿Se mantuvo en pie? (S/N) |
|---|---|---|
Comprobación de conocimientos
Responde estas preguntas para comprobar que entiendes cómo se mueve un robot y cómo se mantiene firme.
1. Diagnostica el problema de diseño.
El robot de un estudiante es alto y angosto, con la batería montada arriba. Avanza derecho sin problema, pero se voltea cada vez que toma una curva rápida.
2. ¿Cómo hace un motor que gira para que un robot ruede por el piso?
3. Cambias los engranes de un robot para que sus ruedas giren más despacio. ¿Qué ganas y qué pierdes?
4. Las ruedas de un robot giran rápido, pero casi no se mueve sobre un piso liso y resbaloso. ¿Cuál es el problema?
5. ¿Cuál base de robot es la más difícil de voltear?
6. En la tracción diferencial, ¿cómo gira a la izquierda un robot de dos ruedas?
0 de 6 respondidas
Reflexiona
Tus reflexiones se guardan solas.
Lo que viene la próxima semana
La próxima semana tu base rodante recibe un cerebro: vas a escribir tu primer programa para que el robot recorra por su cuenta un trayecto planeado.
- Deja tu base rodante armada y funcionando para poder programarla la próxima semana.
- Carga tu kit o guarda en tus marcadores el simulador y su editor de bloques.
- Piensa cómo le dirías a alguien los pasos exactos para caminar de la puerta a una silla sin ir mirándolo.
Termina la semana 2
Completa esto para dar la semana por terminada y desbloquear la siguiente:
- Completar la Investigación virtual del chasis y registrar tres configuraciones (not done yet)
- Construir una base rodante que ruede derecho, se dirija y se mantenga en pie (not done yet)
- Registrar las pruebas de velocidad y rectitud y de volcadura (not done yet)
- Obtener al menos 4 de 5 en la comprobación de conocimientos (not done yet)
- Escribir tu reflexión (not done yet)