Mecatrónica

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PP – 348 – M Robot espacial.

Asesor: Monica Romero Jimenez

Autor: Enoc Arturo Campos Mascorro

Resumen

Los robots espaciales son enviados a hacer investigaciones que los astronautas no pueden hacer y en ocasiones las celdas solares con las que cargan sus baterías llegan a bloquearse y sin asistencia técnica los robots dejan de funcionar. Mi robot fue construido a partir de un kit y lo modifique para que funcionara con energía solar, también implemente un mecanismo para cuando sus celdas solares se bloquearán y así el mismo pueda limpiarlas para que su vida perdure en el espacio y continúe haciendo hallazgos importantes.

Pregunta de Investigación

¿Se puede mejorar el funcionamiento de los robots espaciales?

Planteamiento del Problema

Los robots espaciales son máquinas que exploran lugares en donde los astronautas no pueden estar por mucho tiempo algunos dejan de funcionar porque sus celdas solares se obstruyen y los robots se quedan sin energía.

Antecedentes

Los Robots son mecanismos electrónicos programables que se han desarrollado para ayudar, colaborar o incluso reemplazar a los seres humanos, de ser necesario, en actividades muy detalladas, repetitivas, complicadas, difíciles o peligrosas.   Pueden realizar complejos movimientos con velocidad, fuerza y un alto grado de precisión superiores a los que realizan los seres humanos, de una manera repetitiva, más segura y económica.  Esto se logra mediante la integración de sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos y computacionales dentro de un mismo dispositivo programable con control automático, llamado Robot.   El término “robot” fue acuñado por el dramaturgo checo Karel Căpek en 1921, que en su obra R.U.R. (Rossum Universal Robots) lo llamó “robotnik”, aunque posteriormente le llamó “roboti”, ya que la palabra Robota en checo significa Trabajo o Labor, entendiéndose “Robot” como Trabajo forzado o Servidumbre.  Actualmente se considera que “un robot es una computadora con capacidad de movimiento, capaz de desarrollar múltiples tareas de manera flexible según su programación”.  La Robótica es la tecnología que reúne diversas áreas de la ingeniería y matemáticas  para el diseño, construcción, operación, manufactura y aplicación de los robots en la vida diaria de los seres humanos.  Por su parte, la Ingeniería Mecatrónica es la unión de las Ingenierías Mecánica, Electrónica, Informática y de Control, logrando sistemas con productos o procesos inteligentes orientados a facilitar las actividades del ser humano.  La Mecatrónica es la ciencia que estudia a los robots que son controlados mediante una serie de instrucciones contenidas principalmente en programas de software.

 

Robots Espaciales

Operación en el medio ambiente espacial.-  Desde sus inicios, los robots fueron diseñados para trabajar en actividades de apoyo a los humanos, por lo cual la inmensa mayoría de los robots se encuentra cerca de, si no es que junto a, los seres humanos con quienes colabora.  Dado que los seres humanos nos encontramos en la superficie de la Tierra ya que necesitamos estar dentro de la atmósfera para sobrevivir, es aquí donde también se encuentran casi todos los robots que existen en la actualidad.  Sin embargo, desde los inicios de la Carrera Espacial y de la Exploración para la Conquista del Espacio, a principios de la década de 1960, se ha hecho uso de robots como apoyo a dichas actividades espaciales, los cuales, si bien primitivos en sus inicios, han aumentado grandemente en su capacidad y calidad de operación, mejorando su diseño, desempeño, características y complejidad tecnológica para su uso en el espacio.  Estos robots son conocidos como Robots Espaciales, y se dividen en dos ramas: Los Robots Humanoides de Apoyo, y los Rovers Planetarios, y ambos se mencionarán a continuación. Es importante aclarar que los robots espaciales tienen una ventaja fundamental sobre los seres humanos a los que apoyan durante sus actividades espaciales: además de las ventajas de mayor fuerza, velocidad, precisión, seguridad y economía de uso con respecto a los humanos, así como la falta de descanso, vestido y alimentación para el robot, los seres humanos requerimos de una atmósfera artificial para vivir mientras estemos fuera de la Tierra, aspecto que los robots no necesitan para poder operar correctamente.  Esta ventaja extra hace que los robots espaciales sean sumamente atractivos para su operación y apoyo fuera de la Tierra, por lo que actualmente se tiene mucho interés en la Mecatrónica Espacial.  La dificultad, complejidad, costo, y peligro asociado, de tener una atmósfera artificial fuera de la Tierra, se reducen grandemente al tener robots que puedan sustituir a los humanos en el espacio exterior.  Los robots pueden ser diseñados para soportar la temperatura extrema, radiación, microgravedad y vacío presentes en el espacio exterior, reduciendo los riesgos para los astronautas fuera de la Tierra ya sea en la Estación Espacial Internacional (EEI) o en cohetes y cápsulas tripuladas, mediante robots humanoides de apoyo, o sustituyéndolos con rovers planetarios donde los costos, duración o riesgo de la misión así lo requiera.  A continuación, una breve descripción de ambos tipos de robots espaciales.     Rovers Planetarios.-  Un Rover Planetario es un vehículo móvil de exploración espacial diseñado para recorrer la superficie de un planeta, luna, asteroide o cualquier otro cuerpo espacial.  Requieren para su operación de enlaces de radio con un control remoto semi-autónomo, y con un tiempo de retardo proporcional a su distancia de la Tierra.  Los rovers se empezaron a usar en los 1960s para explorar la Luna, inicialmente, y Marte después, siendo usados tanto por la extinta Unión Soviética, hoy Rusia y países vecinos, como por los Estados Unidos a través de la NASA.

Objetivo

Dar a conocer que son los robots espaciales y cómo funcionan y con esta información crear un robot espacial que se pueda dar mantenimiento perpetuando su existencia.

Justificación

El motivo por el que me interesó este tema es debido a que cuando sea grande quiero convertirme en astronauta entonces quiero empezar a investigar todo lo relacionado con los astronautas y la investigación espacial.

Hipótesis

Si conocemos el funcionamiento de los robots espaciales y construimos uno entonces ofreceremos una alternativa para poder estudiar el espacio por más tiempo.

Método (materiales y procedimiento)

El día 28 de Diciembre asistí al museo Ximahi de Celaya en el que aprendí en el área de energía mucho sobre el tema de la electricidad y los diferentes tipos de energía que existen. (1)

También me explicaron acerca de los distintos tipos de sensores que hay los cuales pueden usarse como en mi proyecto en un robot. (2)

Posteriormente me dirigí con un Ingeniero en mecatrónica Alejandro Baruch Pérez Blarcarte para pedirle que me enseñara que herramientas podía utilizar para construir mi robot espacial.

Me explico lo que es Arduino el cual es un circuito que se puede programar para que mi robot se comporte o haga lo que yo quiera.

Materiales:

Motores de corriente directa

Cables

Placa de acrílico

Baterias recargables

Celda solar

Resistencias

Arduino

Ruedas

Protoboard

Tornillos

Cepillo

Laptop

Multimetro

Pinzas de punta

Pinzas de corte

Segueta

Desarmador

Procedimientos

1.Arme un robot sigue líneas:

  1. Con ayuda de un adulto aprendí a soldar los componentes electrónicos.
  2. Coloqué la tarjeta siguelíneas y utilice 4 tornillos chicos para fijarla al chasis; de abajo hacia arriba y los aseguré con tuercas.
  3. Coloqué la rueda loca bajo el chasis, introduje un tornillo chico en cada orificio por debajo del chasis y los aseguré con tuercas.
  4. Conecté un extremo del cable dupont largo en las entradas marcadas con V+ GND M1 M2 y el otro extremo lo pasé por el orificio ovalado de la orilla (para conectarlo a la tarjeta de sensor posteriormente).
  5. Coloqué la tarjeta de sensor boca abajo. Introduje el tornillo delgado de abajo hacia arriba y lo aseguré con una tuerca.
  6. Conecté el extremo del cable dupont largo que quedó suelto en V+ M2
  7. Tomé un cable dupont chico y utilicé soldadura para fijarlo a cada una de las terminales del motorreductor. Hice lo mismo con el otro cable y motorreductor.
  8. Introduje las piezas T en las ranuras del chasis.
  9. Coloqué el motorreductor en medio de dos piezas T . Hice coincidir los orificios e introduje dos tornillos grandes; utilicé tuercas para asegurarlos.
  10. Repetí el paso anterior con el otro motorreductor.
  11. Pasé los cables dupont por el orificio del centro del chasis.
  12. En la tarjeta siguelíneas ubiqué los headers (MOTOR1 – MOTOR 2), e inserté los jumpers de los cables dupont.
  13. Coloqué firmemente las llantas, una en cada eje del motor poniendo atención a la forma del eje y la del orificio de la llanta para que embonen perfectamente.

 

  1. Con piezas de lego arme la parte superior del chasis del robot para colocar el powerbank solar al chasis y lo cubrí con cristal para protegerlo.
  2. Fijé un cepillo al eje de un servomotor y fijé de tal manera que el cepillo limpié el cristal.
  3. Coloqué dos sensores de luz; uno junto al cristal y otro en el suelo del chasis.
  1. Conecté el servomotor y los dos sensores a un arduino nano y lo programe de tal forma que el cepillo se active cuando el cristal de la celda solar se bloquea por obstrucciones y el otro sensor sirve para detectar cuando es de noche y que el motor no funcione en ese momento.

Galería Método

Resultados

Al momento de verter arena en las celdas solares del robot el motor activa el cepillo y quita las obstrucciones manteniendo las celdas solares libres para su continúa carga y al ocultarle la luz identificaba que era de noche y que no era necesario limpiar es algo simple como una condición la que le puse al programarlo.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Mi robot espacial aún necesita mejoras como unos brazos que se muevan pero es apto para ir a explorar en el planeta marte y recorra kilómetros durante años sin que tenga problemas para cargar sus celdas solares, por lo que ayudará a las futuras expediciones.

Logré hacerle una mejora al primer robot rovers en llegar a Marte ya que este no contaba con un limpiador de celdas solares.

Bibliografía

Guía interactiva del estudiante “El universo y la Tierra”

Creación y realización THEMA EQUIPO EDITORIAL, S.A. 1999

Edición 2003

Impreso en Colombia

 

Enciclopedia de las ciencias Tomo 2 Editorial Cumbre S.A. 1980

Impreso en México

 

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2412138/kirobo-goes-history-robot-talk-space.html

 

https://haciaelespacio.aem.gob.mx/revistadigital/articul.php?interior=39

Summary

Research Question

Can you improve the functioning of space robots?

Problem approach

Background

Objective

Justification

The reason why I was interested in this topic is because when I grow up I want to become an astronaut so I want to start investigating everything related to astronauts and space research.

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

At the moment of pouring sand into the solar cells of the robot the motor activates the brush and removes the obstructions keeping the solar cells free for its continuous load and hiding the light it identified that it was night and that it was not necessary to clean it is something simple like a condition that I put when programming it.

Discussion

Conclusions

Bibliography