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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
Ideas clave
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tu actividad
Investigación virtual del chasis
Meta: Explorar 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.
Escribe qué pasó:
Reto de la base rodante
Meta: Construir 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.
Escribe qué pasó:
Predice
Escribe tu conjetura antes de probar.
Antes de la prueba de volcadura: ¿cuál base crees que aguanta más tiempo en pie sobre la rampa, la alta y angosta o la baja y ancha? ¿Por qué?
Antes de cambiar los engranes: ¿crees que una relación más baja hará que la base sea más rápida o más fuerte para subir? Predice qué va a perder a cambio.
Prueba y registra
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.
Registra: 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.
Registra: 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 cada pregunta. En las de opciones, encierra en un círculo la mejor respuesta.
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.
- A.El centro de masa está demasiado alto
- B.Las ruedas tienen demasiada tracción
- C.El motor tiene muy poco par motor
- D.Los ejes son demasiado largos
¿Cómo hace un motor que gira para que un robot ruede por el piso?
- A.El motor hace girar un eje, y el eje hace girar las ruedas
- B.El motor sopla aire hacia atrás para empujar al robot
- C.El motor hace que el robot pese menos
- D.Las ruedas giran solas, sin el motor
Cambias los engranes de un robot para que sus ruedas giren más despacio. ¿Qué ganas y qué pierdes?
- A.Ganas velocidad y pierdes par motor
- B.Ganas par motor (fuerza de giro) y pierdes velocidad
- C.Ganas velocidad y par motor a la vez
- D.Pierdes velocidad y par motor a la vez
Las ruedas de un robot giran rápido, pero casi no se mueve sobre un piso liso y resbaloso. ¿Cuál es el problema?
- A.Demasiado par motor
- B.El motor está apagado
- C.Poca tracción: las ruedas patinan en lugar de agarrar
- D.El centro de masa está demasiado bajo
¿Cuál base de robot es la más difícil de voltear?
- A.Una base alta y angosta con las piezas pesadas arriba
- B.Una base baja y ancha con las piezas pesadas cerca del suelo
- C.Una base con las ruedas más grandes, sin importar su forma
- D.La base más colorida
En la tracción diferencial, ¿cómo gira a la izquierda un robot de dos ruedas?
- A.Usa un volante, como un carro
- B.La rueda izquierda gira más despacio que la derecha
- C.Las dos ruedas aceleran juntas
- D.El motor se inclina hacia un lado
Reflexiona
¿Qué cambio mecánico marcó la mayor diferencia en el movimiento de tu robot, y por qué?
¿Qué cambio hizo que tu base fuera la más estable, y por qué ayudó?
Describe cómo dirigirías tu robot a la izquierda usando únicamente sus dos ruedas.