Mecatrónica

PP-M-77-HA Mi robot Lego que facilita las tareas escolares.

Industria, innovación e infraestructura

Asesor: Itzel Rodríguez Mejía

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

Resumen

Los robots son herramientas diseñadas para facilitar las actividades cotidianas, que nos permiten enfocarnos en actividades de mayor precisión o que requieren más esfuerzo y disciplina, crear un robot que ayude con las actividades escolares además de cumplir con las rutinas para las cuales fue diseñado, permite desarrollar la creatividad, el pensamiento lógico y la solución de problemas.

Para el desarrollo de este proyecto se utilizó un kit de Lego Boost, el cual consta de una aplicación y una serie de bloques y sensores que permiten crear modelos pre-diseñados o ideas propias mediante sencillos métodos de programación basados en iconos.

Pregunta de Investigación

¿Puedo construir un robot lego que me ayude a hacer márgenes y punteado de mis cuadernos?

Planteamiento del Problema

Realizar el margen y punteado de mis cuadernos escolares es una tarea muy repetitiva y en ocasiones olvido realizarla con anticipación. Es posible con ciertos productos Lego realizar de forma libre robots que permitan llevar a cabo estas tareas de forma automática.

Antecedentes

Antecedentes

El ser humano como parte de su evolución, ha empleado el uso de objetos que le permiten facilitar sus actividades cotidianas, primero con herramientas simples, después con máquinas y más recientemente con tecnología más avanzada. El término “robot” se incluye hasta el siglo XX, podemos encontrar una genealogía de todos esos artilugios y mecanismos que nos han llevado hasta la concepción actual de robot.

Es un hecho, hoy en día, que los robots están en todas partes, inundan nuestra vida allá donde quiera que miremos. Nos pasamos gran parte del día interactuando con ellos para hacer nuestra vida más sencilla y es difícil imaginar un mundo sin ellos.


Imagen 1. Ciudad inteligente

Historia de los robots

En el siglo XX se puede fechar el verdadero inicio de la robótica, puesto que es entonces cuando se pueden crear mecanismos autómatas programables.

Existen registros de los primeros diseños de robots más antiguos a esta fecha, la primera automatización verificable es un humanoide dibujado por Leonardo da Vinci alrededor de 1495. Se trata de un caballero mecánico con armadura, elaborado a partir de dibujos detallados, que podía sentarse, agitar los brazos, mover su cabeza y mandíbula.
En 1939 se presentó al primer robot humanoide, Elektro, un “hombre-motor”. Tenía piel de aluminio, una altura de dos metros y ciento veinte kilos y gracias a células fotoeléctricas podía ver y distinguir colores como el verde y el rojo. También se movía dando pasos y levantando los brazos, y contaba con habilidades tan curiosas como contar con los dedos, cantar, pronunciar hasta setecientas palabras, fumar e inflar globos. Todo esto lo consiguió su padre, el ingeniero Joseph Barnett, al año siguiente, Elektro repetiría junto a su mascota, un perro robótico llamado Sparko.


Imagen 2. Elektro junto a Sparko

Los primeros robots autónomos realmente capaces de moverse sin ningún tipo de intervención humana fueron Elmer y Elsie, creados en 1948. Fueron una creación del inventor estadounidense George Devol, quien fundó la primera empresa robótica de la historia, Unimation. Creó el primer brazo robótico programable, el Unimate, la máquina podía transportar piezas fundidas en molde hasta la cadena de montaje y soldarlas sobre el chasis del vehículo.

Hasta este momento, los robots habían estado prácticamente confinados a las fábricas y a los laboratorios de investigación. Sin embargo, en la década de 1980 irrumpieron en el mundo del consumo y desde entonces no lo han abandonado.

Tipos de Robots

Robots industriales

La industria de la manufactura y desarrollo industrial fue la primera en implementar el uso de robots para mover materiales, partes y herramientas y realizar tareas programadas.

También apoyan en trabajos peligrosos o donde se realizan tareas repetitivas que requieren de precisión sin descanso.

Robots de servicio

Desde tomar una orden en un restaurante hasta llevar el servicio a una habitación de hotel, este tipo de robots agilizan las tareas y la atención al cliente.

En el futuro cercano se espera que la entrega a domicilio pueda ser realizada con drones o robots, de manera que el servicio sea más rápido, con rutas predeterminadas y con menores tasas de daños en los productos que se envía a los consumidores.

Robots espaciales

El espacio es un ambiente hostil para los humanos por lo que los robots son su mejor aliado pues no necesitan respirar, tienen un cuerpo que resiste el ambiente espacial, además no necesitan descansar lo que los hace el mejor compañero para las expediciones fuera de la Tierra.

Imagen 3. Robot espacial Preseverance

Robots médicos

En la medicina, los robots son un apoyo para médicos tanto en clínicas, hospitales, o a distancia, algunos de los cuales tienen robots cirujanos, equipos que permiten ejecutar complicadas operaciones con un mínimo de errores e ingresando a zonas en el cuerpo donde sería imposible operar sin esta tecnología.

Androides

Un androide es un robot u organismo sintético antropomorfo que, además de imitar la apariencia humana, emula algunos aspectos de su conducta de manera autónoma.

Robots educativos

La robótica educativa pone a disposición de los estudiantes todo lo necesario para construir y programar de forma sencilla un robot capaz de ejecutar diferentes tareas, la complejidad de la disciplina siempre se adapta a la edad de los alumnos.

Robótica

La robótica es la ciencia y la técnica que está involucrada en el diseño, la fabricación y la utilización de robots. Un robot es, por otra parte, una máquina que puede programarse para que interactúe con objetos y lograr que imite, en cierta forma, el comportamiento humano o animal. El objetivo principal de la robótica es la construcción de dispositivos que funcionen de manera automática y que realicen trabajos difíciles o imposibles para los seres humanos.

La programación robótica es la que hace posible que un robot sepa lo que tiene que hacer, con qué precisión y cómo debe moverse, existen 2 tipos.

Programación guiada. Este método se basa en conseguir que el robot pueda ejecutar la tarea correspondiente mediante el movimiento de sus articulaciones de manera habitual. Esto lo hará al mismo tiempo que se registran los movimientos que captan los sensores, para luego ser capaces de repetirlos de forma automática.

Imagen 4. iRobot, robot domestico auto guiado

Programación textual. Dentro de este tipo de programación, nos encontramos con hasta 3 maneras diferentes de establecer contacto con el robot. Mediante lenguajes de programación, a través de la enseñanza/repetición o bien por el uso de comandos verbales.

Aunque es cierto que en el mercado existen lenguajes estándar, lo cierto es que, debido a las restricciones que pueden llegar a presentar, cada fabricante suele crear un lenguaje a medida para comunicarse con su creación.

Robots Educativos

En la actualidad existen numerosos robots educativos para niños y jóvenes. Entre los más populares se pueden destacar:

Makeblock mBot

Se trata de un robot con ruedas diseñado para que los niños se inicien en la robótica, la programación y la electrónica. Es fácil de ensamblar y se controla fácilmente gracias a un software basado en Scratch diseñado para niños.

Robo Wunderkind

Consiste en un conjunto de bloques que los niños pueden conectar a su gusto para construir su propio robot. Cada bloque tiene una función identificada con un color (cámara, micrófono, sensores de movimiento…) y, tras construir su robot, los niños pueden programarlo a través de una aplicación para reaccionar a determinados ruidos, esquivar obstáculos o reproducir música cuando alguien se aproxima, entre otras funciones.

OWI 535

Es un brazo robótico indicado para jóvenes a partir de 13 años. Puede levantar objetos de hasta 100 gramos y cuenta con una extensa variedad de movimientos que pueden ser personalizados gracias a la programación.

NAO

Es uno de los robots educativos más conocidos. Se trata de un robot humanoide de 58 centímetros de altura en constante evolución. Además de dos cámaras y cuatro micrófonos cuenta con multitud de sensores que le permiten interactuar con el entorno de manera similar a un humano. NAO es capaz de observar, escuchar, mantener diálogos e impartir clases de cualquier asignatura. Gracias a sus facultades y diferentes niveles de programación, puede participar en el proceso de aprendizaje de alumnos desde los 5 años hasta la universidad.

Imagen 5. Robot NAO e la educación

LEGO Mindstorms EV3

Se trata de un set de robótica que incluye varios sensores, tres servomotores y más de 500 elementos LEGO Technic, gracias a los cuales se pueden crear diferentes robots capaces de moverse, disparar, reptar, etc. Se controla por medio de una interfaz de programación sencilla e intuitiva y cuenta con dos versiones: Home y Education. Este robot está recomendado para niños de más de 10 años.

Lego BOOST

Permite a los más pequeños crear modelos con motores y sensores para dar vida después a sus creaciones mediante sencillos comandos de programación basados en iconos. La aplicación gratuita LEGO BOOST para tableta incluye instrucciones de construcción paso a paso para crear y programar modelos multifunción. Este robot está recomendado para niños de entre 7 y 12 años.

Lego BOOST

Con Lego Boost los niños pueden crear y programar robots, mover sus creaciones gracias a los motores y sensores que incluye el set, jugar y trabajar su lado más creativo y dejar volar su imaginación, ante un proyecto que requiere alcanzar un propósito especifico, en un entorno más tecnológico.

Además de las piezas de Lego que permiten crear y personalizar un robot, viene un motor interactivo, un sensor de color y de distancia, dos motores codificados, un sensor de inclinación interno incorporado a una pieza especial de Lego llamada Move Hub, un botón de activación y una luz.

Imagen 6. Set lego BOOST

Para programar el robot se puede hacer uso de una computadora o tableta mediante una aplicación gratuita compatible con iOS y Android. La programación es gráfica, a través de bloques que se seleccionan, arrastran y sueltan para irle dando órdenes al robot, en la aplicación se indica el paso a paso de cómo hacer la programación, pero dando la libertad para hacer todos los cambios que se requieran, la tableta y el robot se comunican por Bluetooth.

Imagen 7. Programando en lego BOOST

Además de construir y programar los robots, con Lego Boost se puede añadir voz propia, música e indicaciones específicas.

Objetivo

Saber si es posible elaborar un robot con bloques lego que permita facilitar mis rutinas escolares

Justificación

Porque me gusta mucho construir con bloques Lego y cuento con un robot que permite programar algunas funciones de forma libre y me interesa aprovechar esta característica para alguna rutina escolar.

Hipótesis

Si puedo construir un robot que me ayude con mis márgenes y punteados entonces podré utilizar mis tiempos libres en otra actividad, de igual forma me permitirá pensar en realizar robots más complejos.

Método (materiales y procedimiento)

Debido a que se tiene disponible un kit de Lego BOOST y considerando todas sus ventajas, se decidió hacer uso de este material para el presente proyecto.

Se determino seguir un modelo similar a una impresora, donde se contará con un eje que moviera el cuaderno, por la limitante de las piezas con que se contaba se diseñaron 3 opciones:

• 2 bandas laterales
• 1 banda lateral
• 1 banda central

Al final se decidió por una banda central, esto por su estabilidad y también por el número de piezas con las que se contaba.

La construcción consistió en usar uno de los motores integrados en el hub para mover la banda central realizando el movimiento vertical, colocando soportes laterales para dar apoyo al cuaderno durante su desplazamiento.

Para el movimiento horizontal se construyó una estructura de tipo puente que permitiera desplazar un cabezal donde estará montado el plumón/lápiz que marcara los trazos.

La programación consistió en secuenciar los movimientos horizontales y verticales basados en variables de tiempo y velocidad de los 2 motores.

Galería Método

Resultados

Se logro construir un robot, el cual consta de 2 motores, uno para movimientos verticales y otro para movimientos horizontales, El kit de Lego boost, más bloques de otros sets permitieron construir la estructura, sin embargo, también fue necesaria la adquisición de algunas piezas adicionales para lograr el resultado esperado.

Se realizo la programación de los motores para articular sus movimientos de forma secuenciada y ordenada, esto se implementó a base de prueba y error.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Los márgenes se lograron sin embargo la inestabilidad de la base provoca que no se logren los trazos con la linealidad esperada. El proyecto puede mejorarse continuamente en cuanto a su diseño y su programación con el objetivo de ir perfeccionando los trazos.

Bibliografía

Björn Bundschuh. (2019). The LEGO BOOST Expert Book. Alemania: Independiente.

Ashwin Shah. (2021). Build and Code Creative Robots with LEGO BOOST. Mumbai, India: Packt Publishing.

Fundación Telefónica. (2018). Nosotros- Robots de Fundación Telefónica Sitio web: https://espacio.fundaciontelefonica.com/wp-content/uploads/2018/10/Nosotros-robots.pdf

https://www.lego.com/es-mx/themes/boost/about

https://ro-botica.com/

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography