Semana 4
Darle sentidos al robot
Lee valores reales de sensores, encuentra umbrales y calibra un robot para poder confiar en lo que percibe.
- 70 a 85 minutos
- Misión: Leer un sensor en distintas condiciones, encontrar un umbral y calibrarlo para que las lecturas sean confiables en este cuarto.
Ahora que el robot se mueve y sigue instrucciones, los estudiantes le dan sentidos. Conocen los sensores de contacto, de distancia, de luz y de color, y aprenden que una lectura de sensor es un número que el robot puede medir. Descubren que un umbral es un punto de corte que convierte los números en "cerca o lejos" y "claro u oscuro", que todos los sensores tienen límites de detección, y que las lecturas bailan un poco (ruido), así que hay que tomar varias y calibrarlas para este cuarto y este robot. Después de leer y calibrar, programan un alto basado en un sensor: el robot avanza y usa su sensor de distancia para frenar justo antes de una pared, así que por fin un umbral controla una acción real. El comportamiento automático completo, con ciclos y condiciones a lo largo de toda una misión, llega la próxima semana.
Al terminar esta semana vas a poder
- Nombrar los sensores de contacto, distancia, luz y color, y qué mide cada uno
- Leer el valor de un sensor y explicar que una lectura es un número, no un sí o no
- Encontrar un umbral que separe cerca de lejos, o claro de oscuro
- Explicar los límites de detección, el ruido y por qué se toman varias lecturas
- Calibrar un sensor para que sus lecturas sean confiables en este cuarto y con este robot
Aprende
Cuatro sentidos que puede tener un robot
Un robot percibe el mundo a través de sensores. Cuatro de los más comunes son el sensor de contacto (¿lo están presionando?), el de distancia (¿qué tan lejos está lo más cercano?), el de luz (¿qué tanta claridad hay?) y el de color (¿de qué color es la superficie?).
Cada sensor mide una sola cosa. Un sensor de distancia no puede decir de qué color es algo, y un sensor de color no puede decir a qué distancia está. Elegir el sensor adecuado para cada trabajo es parte de la robótica.
Por ejemplo: Contacto: el botón de un timbre; Distancia: el pitido de reversa de un carro; Luz: la pantalla de un teléfono que se atenúa en la oscuridad; Color: una máquina que separa el reciclaje por color
Una lectura es un número, no un sí o un no
La mayoría de los sensores no dicen solo "sí" o "no": dan un número al que se le llama lectura del sensor. Un sensor de distancia podría marcar 12 centímetros; uno de luz podría marcar un brillo de 47.
Como es un número, la lectura cambia de a poquito conforme cambia el mundo. Si acercas una pared, el número de la distancia se hace más chico. Si el cuarto se ilumina, el número de la luz se hace más grande.
Por ejemplo: Sensor de distancia: 12 cm, 30 cm, 85 cm; Sensor de luz: de 10 (oscuro) hasta 90 (muy claro); El sensor de contacto es la excepción: normalmente marca presionado o no presionado
Un umbral convierte los números en decisiones
Un umbral es un número de corte que tú eliges para separar dos casos. Si escoges 15 centímetros, cualquier lectura por debajo de 15 significa "cerca" y cualquier lectura por encima de 15 significa "lejos".
El robot no puede escoger tu umbral por ti: lo encuentras observando las lecturas y eligiendo un valor que separe con claridad los casos que te importan. Esta semana solo encuentras y anotas umbrales; la próxima semana el robot los usará para reaccionar.
Por ejemplo: Corte entre cerca y lejos en 15 cm; Corte entre claro y oscuro en un brillo de 40; Corte de un seguidor de línea entre la línea negra y el piso blanco
Límites de detección: todo sensor tiene un alcance
Ningún sensor puede percibirlo todo. Un sensor de distancia deja de funcionar más allá de cierto alcance: puede leer bien hasta unos 2 metros y dar puras tonterías más allá. Ese punto más lejano en el que todavía percibe es su límite de detección.
Los sensores también tienen un límite por lo cerca: pon una pared demasiado pegada a un sensor de distancia y la lectura se vuelve rara. Conocer los límites te dice dónde puedes confiar en el sensor y dónde no.
Por ejemplo: Un sensor de distancia que no lee más allá de unos 2 m; Un sensor de color que necesita la superficie muy cerca, casi tocándola; Un sensor de luz confundido por una ventana muy luminosa
Ruido: por qué una sola lectura no basta
Apunta un sensor de distancia a una pared que no se mueve y léela varias veces. Puedes obtener 30, 31, 30, 29, 31: el número baila un poco aunque nada haya cambiado. A ese bailoteo se le llama ruido.
Por el ruido, una sola lectura te puede engañar. Quienes hacen ciencia y robótica toman varias lecturas y usan la de en medio o el promedio, que es mucho más confiable que un solo número.
Por ejemplo: Lecturas de 30, 31, 30, 29, 31 sobre una pared quieta; Un sensor de luz que parpadea cuando pasa una nube; Tomar de 3 a 5 lecturas y compararlas
Calibración y confiabilidad
Calibrar significa revisar o ajustar un sensor para que sus lecturas sean correctas en este cuarto y con este robot. Un sensor de luz lee distinto en un cuarto soleado que en uno oscuro, así que el mismo umbral no funciona en todas partes: lo calibras para el cuarto en el que estás.
Un sensor que ya calibraste y probaste es confiable: puedes contar con que te dé siempre la misma respuesta correcta. La confiabilidad es lo que importa de verdad: un robot que percibe mal, actúa mal.
Por ejemplo: Tomar una lectura "oscura" y una "clara" y poner el punto medio como umbral; Volver a revisar el umbral de distancia después de cambiarse de cuarto; Confirmar que el sensor de color distingue el rojo del azul sobre tus superficies reales
Palabras que hay que saber
- Sensor de contacto:
- Un sensor que indica si lo están presionando o no, como un botón o un parachoques.
- Sensor de distancia:
- Un sensor que mide qué tan lejos está el objeto más cercano, normalmente en centímetros.
- Sensor de luz:
- Un sensor que mide qué tan claro u oscuro está, y da un número más alto cuando hay mucha luz.
- Sensor de color:
- Un sensor que lee el color de la superficie que tiene justo enfrente, como rojo, azul o blanco.
- Lectura del sensor:
- El número que te da un sensor en un momento dado, como 20 centímetros o un brillo de 47.
- Umbral:
- Un número de corte que tú eliges y que separa dos casos, como "más cerca de 15 cm significa cerca".
- Límite de detección:
- El punto a partir del cual un sensor ya no puede percibir, como un sensor de distancia que no lee más allá de unos 2 metros.
- Calibración:
- Ajustar o revisar un sensor para que sus lecturas sean correctas en este cuarto y con este robot.
- Ruido:
- Pequeños bailoteos en una lectura aunque nada cambie, que es la razón por la que se toman varias lecturas.
- Confiabilidad:
- Qué tanto puedes confiar en que un sensor te dé la misma lectura correcta cada vez.
- Ensayo:
- Una sola medición dentro de una prueba; normalmente se hacen varios ensayos y se comparan.
- Línea base:
- Una lectura inicial que tomas en una condición conocida y estable, para comparar con ella las demás lecturas.
Cuídate
Lee esto antes de construir o poner a andar un robot esta semana.
- Caution:Mantén el robot sobre una superficie estable y cuídate de las ruedas al moverlo entre los puntos de prueba.
- Caution:Guía a quien haga de "sensor humano" con los ojos vendados y despeja el piso para que nadie se tropiece.
- Caution:No apuntes la linterna directo a los ojos de nadie cuando pruebes los sensores de luz.
- Note:Guarda tu bitácora de lecturas con frecuencia para que al recargar el navegador no se pierdan tus datos.
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.
Laboratorio de investigación de sensores
Kit de robóticaMedir cómo cambia la lectura de un sensor conforme cambia una condición, y encontrar un umbral que separe con claridad dos casos.
- Elige una condición para ir cambiando paso a paso (la distancia a una pared, el brillo o el color de la superficie) y lee el sensor en cada paso.
- Anota cada lectura en la bitácora. Luego observa los números y elige un umbral: un valor de corte que separe "cerca de lejos" o "claro de oscuro".
- Recuerda: esta semana el robot solo lee y reporta. Tú eres quien decide qué significan los números.
Lee un sensor real en condiciones medidas
Necesitas: Un robot programable con un sensor, Cinta métrica o regla, Una pared o una caja, Hoja de trabajo Bitácora de lecturas del sensor
Pasos
- 1Monta el sensor y carga un programa corto que lea el sensor y muestre o reporte el valor (leer sensor, luego esperar, luego alto).
- 2Para un sensor de distancia: coloca una pared a 10 cm, 20 cm, 40 cm y 80 cm y anota la lectura en cada caso. Para un sensor de luz: lee el valor bajo una luz brillante, con la luz normal del cuarto, y tapado con la mano.
- 3Observa tus números y elige un umbral; por ejemplo, una distancia por debajo de la cual llamarías "cerca" a algo, o un brillo por debajo del cual lo llamarías "oscuro".
- 4Escribe tu umbral en la bitácora y una oración que explique por qué elegiste ese número.
Así se ve el éxito: Una tabla de lecturas que claramente se hacen más chicas conforme la pared se acerca (o más grandes conforme hay más luz), y un umbral elegido que separa cerca de lejos.
- Se registraron al menos cuatro lecturas en condiciones distintas
- Las lecturas cambian en una dirección que tiene sentido
- Se elige un valor de umbral y se justifica en una oración
Seguridad: Mantén el robot sobre la mesa o el piso para que no se caiga mientras lees la pantalla.
Si no funciona
- La lectura brinca de un lado a otro y no se estabiliza
- - Eso es ruido: toma tres lecturas en cada distancia y usa la de en medio.
- La lectura de distancia se queda atorada en un número grande, hagas lo que hagas
- - Puede que estés más allá del límite de detección del sensor o apuntando al vacío; apúntalo directo a una pared plana a menos de un metro.
Ve más lejos: Cámbiate a otro cuarto, vuelve a leer tus condiciones y comprueba si tu umbral todavía sirve o hay que recalibrarlo.
Laboratorio de la semana 4
Laboratorio de investigación de sensores
Coloca un objeto a distintas distancias y prueba con una superficie clara y una oscura. Lee los valores del sensor en vivo, anótalos en tu tabla y elige un umbral. Un sensor devuelve una medición (un número), no una comprensión de qué es el objeto.
Prepara la prueba
Lectura del sensor en vivo
Estos valores se actualizan en cuanto cambias el montaje. Mismo montaje, mismos números, siempre.
- Distancia
- 2 casillas
- Contacto
- Sin presionar
- Luz
- 80 de 100
- Sobre una línea
- No
Tu tabla de datos
Record at least three readings. Try different distances, an edge-of-range reading, the same reading twice, a light surface, and a dark surface.
| Lo que puse | Distancia | Luz | Notas | Quitar |
|---|---|---|---|---|
| Todavía no hay lecturas. Prepara una prueba arriba y presiona \u201cAgregar la lectura actual\u201d. | ||||
0 readings recorded.
Elige un umbral
A threshold is the number your robot compares against to decide. Here: if the distance is at or below your threshold, the robot calls the object NEAR.
Escribe un número de umbral para ver qué decidiría el robot en este momento.
Anota al menos tres lecturas y escribe un umbral para terminar este laboratorio.
Todo lo de esta página se guarda únicamente en este dispositivo.
Reto de calibración y umbral
Kit de robóticaLidiar con el ruido tomando varias lecturas y luego calibrar un umbral de claro u oscuro (o cerca o lejos) que funcione de forma confiable en este cuarto.
- Elige una condición estable y toma varias lecturas de lo mismo sin cambiar nada; fíjate cuánto baila el número. Ese bailoteo es el ruido.
- Toma una lectura en una condición claramente "baja" y otra en una claramente "alta" (oscuro contra claro, o cerca contra lejos). Pon tu umbral a la mitad para que separe limpiamente las dos.
- Pon a prueba tu umbral: comprueba que las lecturas de la condición baja caigan de un lado y las de la condición alta del otro. Si no, ajústalo: eso es calibrar.
Calibra un umbral en el sensor real
Necesitas: Un robot programable con sensor de luz o de distancia, Tarjetas de colores o de distintos tonos, o una pared, Hoja de trabajo Bitácora de lecturas del sensor
Pasos
- 1Lee cinco veces el mismo objetivo quieto y anota los cinco números para ver el ruido.
- 2Lee tres veces una superficie claramente "oscura" (o una pared lejana), y luego tres veces una claramente "clara" (o una pared cercana).
- 3Pon tu umbral justo a la mitad entre el promedio oscuro y el promedio claro.
- 4Pruébalo: muéstrale al sensor varias superficies oscuras y claras y confirma que cada una cae del lado correcto de tu umbral. Ajústalo si alguna cae del lado equivocado.
Así se ve el éxito: Un umbral calibrado que clasifica correctamente las superficies oscuras y claras (o cercanas y lejanas) en este cuarto, a lo largo de varias comprobaciones.
- Se registraron cinco lecturas de ruido
- Se registraron los promedios oscuro y claro
- Se fijó un umbral entre ellos
- Las superficies de prueba se clasifican bien, o el umbral se ajusta hasta lograrlo
Seguridad: Mantén los cables lejos de las ruedas mientras mueves el robot para probar superficies.
Si no funciona
- A veces una superficie cae del lado equivocado
- - Puede que las dos condiciones estén demasiado juntas, o que el ruido sea grande; mueve el umbral o usa superficies con más contraste.
- Todo el conjunto de lecturas se corrió desde hace rato
- - Cambió la luz del cuarto: recalibra ahora mismo, que es justamente por lo que la calibración importa.
Ve más lejos: Lleva el robot a un lugar más soleado o más oscuro y calibra un umbral nuevo para ese cuarto.
Programa el robot
Build a program from blocks, then run it on the simulator. On the kit path, use the same steps in your robot's app; unplugged, act the blocks out on a floor grid. Your program saves on this device.
Reto de alto por sensor
Programa al robot para que avance mientras vigila su sensor de distancia y luego se detenga en la casilla justo antes de la pared, usando el umbral que encontraste. Haz tres ensayos, ajusta la velocidad o el umbral entre uno y otro, y explica tu ajuste final en las notas.
Agregar un bloque
Eventos y ejecución
Movimiento
Control
Datos
Salida
Variables y contadores
Tu programa
- Avanzar
- Robot (la flecha apunta hacia donde mira)
- Zona de meta (contorno punteado)
- Muro (gris, con una X)
Mapa: Una cuadrícula de 4 por 1. El robot arranca en la columna 1, fila 1, mirando hacia la derecha. La zona de meta está en la columna 3, fila 1. Hay 1 muro.
Listo.
Listo para ejecutar. · 0 steps
Estado del robot
- Columna
- 1
- Fila
- 1
- Mirando hacia
- la derecha
- Distancia al frente
- 2 casillas
- Contacto
- libre
- Sobre una línea
- no
- Luz
- 80
- En la zona de meta
- no
- Choques
- 0
- Pasos
- 0
Robot en la columna 1, fila 1, mirando hacia la derecha. Distancia al frente: 2 casillas. Contacto: libre. Sobre una línea: no. Luz: 80. Fuera de la zona de meta.
Salida del registro
Todavía no hay nada registrado.
- Heads up: This program has no safe stop behavior. Add a safe stop so the robot stops when it is done or blocked.
Predice
Commit to a guess before you test - then see how close you were. Your predictions save automatically.
Cómo comprobarlo: Coloca la pared a 40 cm, lee el sensor tres veces y compara la lectura de en medio con tu predicción.
Cómo comprobarlo: Toma cinco lecturas sin mover nada y observa si coinciden exactamente o si bailan un poco (ruido).
Prueba y mejora
Tabla de distancia contra lectura
Coloca la pared (o fija la condición) en cada distancia de la lista, toma la lectura del sensor y anota el número. Si baila, usa la de en medio de tres lecturas.
Qué medir: La lectura del sensor en cada distancia fijada, y si dirías que es cerca o lejos
| Distancia fijada (cm) | Lectura del sensor | ¿Cerca o lejos? |
|---|---|---|
Comprobación de ruido con tres ensayos
Elige una condición y no la cambies. Lee el sensor tres veces seguidas y anota cada lectura para ver cuánto baila.
Qué medir: Cuánto cambia la lectura entre ensayos cuando nada está cambiando (el ruido)
| Ensayo | Lectura del sensor | Diferencia con el ensayo 1 |
|---|---|---|
Comprobación de conocimientos
Responde estas preguntas para comprobar que entiendes las lecturas de sensores, los umbrales, el ruido y la calibración.
1. Relaciona cada sensor con lo que mide.
Elige la pareja de cada elemento.
Sensor de distanciaSensor de luzSensor de contactoSensor de color2. Con tus propias palabras, ¿qué es un umbral de sensor?
3. ¿Qué es una lectura de sensor?
4. Un sensor de distancia marca 30 cm frente a una pared y 12 cm frente a una pared más cercana. ¿Qué te dice esto sobre cómo funciona la lectura?
5. Quieres que el robot trate como "cerca" todo lo que esté a menos de 15 cm. ¿Cómo se llama ese número 15?
6. Lees cinco veces la misma pared quieta y obtienes 30, 31, 30, 29, 31. ¿Por qué bailan los números?
7. Tu umbral de claro u oscuro funcionó en el salón, pero falla en un cuarto soleado. ¿Qué deberías hacer?
0 de 7 respondidas
Reflexiona
Tus reflexiones se guardan solas.
Lo que viene la próxima semana
La próxima semana el robot deja de solo reportar números y empieza a reaccionar a ellos por su cuenta, usando ciclos y condiciones con los umbrales que encontraste.
- Guarda los umbrales que calibraste esta semana: los vas a usar para que el robot decida la próxima semana.
- Carga tu kit o guarda el simulador en tus marcadores.
- Piensa en una regla sencilla como "si la pared está más cerca que mi umbral, entonces gira": eso es lo que vas a construir.
Termina la semana 4
Completa esto para dar la semana por terminada y desbloquear la siguiente:
- Registrar lecturas de sensores en distintas condiciones en el Laboratorio de investigación de sensores (not done yet)
- Elegir y calibrar un umbral en el Reto de calibración y umbral (not done yet)
- Obtener al menos 4 de 5 en la comprobación de conocimientos (not done yet)
- Escribir tu reflexión (not done yet)