Currículo: esta unidad cubre parte de los saberes básicos del Bloque D – Computación física y robótica (PRYC.2.D.1) correspondiente a 2º Bachillerato. Además, se evalúan los criterios que puedes encontrar al final de esta página.
Tabla de contenidos
- 10.1. Introducción a la robótica
- 10.2. Componentes básicos de un robot
- 10.3. Microcontroladores
- 10.4. Sensores y actuadores
- 10.5. Proyectos de robótica con Arduino
La robótica forma parte de nuestro día a día mucho más de lo que parece a simple vista. Cuando utilizas un aspirador automático en casa, cuando ves un brazo robótico ensamblando coches o cuando simplemente los conduces, estás ante ejemplos reales de robots en funcionamiento.
En este tema vamos a entender qué hay detrás de esos sistemas: cómo están construidos, cómo “perciben” su entorno y cómo toman decisiones. Se trata de que comprendas los principios fundamentales que hacen posible que una máquina actúe de forma autónoma.
10.1. Introducción a la robótica
Antes de programar un robot o conectar un sensor, necesitas tener claro qué es realmente un robot, qué tipos existen y por qué están cada vez más presentes en nuestra sociedad. La idea es que no veas la robótica como algo lejano o exclusivo de laboratorios, sino como una tecnología cercana que ya forma parte de tu entorno cotidiano.
10.1.1. Qué es un robot y para qué sirve
Cuando hablamos de un robot, no nos referimos necesariamente a una máquina con forma humana como las que aparecen en las películas.
Un robot es, de forma más precisa, un sistema capaz de percibir su entorno, procesar información y actuar en consecuencia de manera automática.
Si lo piensas, este funcionamiento no es tan diferente al tuyo cuando, por ejemplo, cruzas una calle: observas si vienen coches, decides si es seguro cruzar y actúas en consecuencia. Un robot hace algo parecido, pero siguiendo instrucciones programadas.
En la práctica, los robots sirven para automatizar tareas. Esto significa que pueden realizar trabajos de forma repetitiva, rápida o precisa sin intervención humana constante.
10.1.2. Tipos de robots en la vida real
Existen muchos tipos de robots, y no todos se parecen entre sí. De hecho, la mayoría no tiene forma humana. Podemos encontrarlos en distintos ámbitos, dependiendo de la tarea que realizan.
- Robots industriales: son los que se utilizan en fábricas. Suelen ser brazos mecánicos que repiten movimientos con gran precisión, como soldar, ensamblar o pintar piezas.
- Robots domésticos: están diseñados para ayudarnos en casa. El ejemplo más claro es el robot aspirador, pero también existen robots cortacésped o asistentes inteligentes.
- Robots móviles: se desplazan por su entorno. Aquí encontramos desde robots repartidores hasta vehículos autónomos.
- Robots educativos: como los que vas a utilizar tú, están pensados para aprender conceptos de programación y electrónica de forma práctica.
Lo importante es entender que todos ellos, aunque sean muy diferentes por fuera, comparten una misma base: sensores, un sistema de control y actuadores.
10.2. Componentes básicos de un robot
Aunque los robots puedan parecer muy diferentes entre sí, todos comparten una estructura común basada en tres elementos fundamentales: el cuerpo, el sistema de control y el comportamiento. Entender esta estructura te permitirá analizar cualquier robot, desde un aspirador doméstico hasta un sistema industrial complejo.
10.2.1. El cuerpo: estructura y movimiento
El cuerpo de un robot es su parte física, es decir, todo aquello que puedes ver y tocar. Incluye la estructura que lo sostiene, los mecanismos que le permiten moverse y los elementos que interactúan directamente con el entorno.
En un robot sencillo como los que vamos a trabajar con Arduino, el cuerpo puede ser una placa, cables, sensores y pequeños actuadores. Sin embargo, en robots más complejos, el cuerpo puede incluir brazos articulados, ruedas, patas o incluso sistemas de desplazamiento avanzados.
El cuerpo determina en gran medida lo que el robot puede hacer.
Por ejemplo, un robot con ruedas podrá desplazarse fácilmente por superficies planas, mientras que uno con patas podrá adaptarse mejor a terrenos irregulares. De la misma forma, un brazo robótico está diseñado para manipular objetos, no para desplazarse.
Por tanto, cuando diseñamos un robot, lo primero que debemos preguntarnos es: ¿qué tarea queremos que realice? A partir de ahí, definimos su estructura física.
10.2.2. El control: toma de decisiones
El sistema de control es el “cerebro” del robot. Es el encargado de procesar la información que recibe y decidir qué acción debe realizar en cada momento. En nuestro caso, este papel lo desempeña el microcontrolador, como el que incorpora Arduino.
El control sigue una lógica muy clara: recibe datos de entrada, los procesa mediante un programa y genera una salida.
Por ejemplo, si un sensor detecta que hay poca luz, el sistema puede decidir encender una lámpara.
Este proceso ocurre continuamente, en bucle, permitiendo que el robot reaccione en tiempo real a lo que sucede a su alrededor. Aquí es donde entra en juego la programación, ya que somos nosotros quienes definimos las reglas que el robot debe seguir.
Es importante entender que el robot no “piensa” como una persona. Simplemente ejecuta instrucciones que nosotros hemos definido previamente. Cuanto mejor diseñemos esas instrucciones, más inteligente parecerá su comportamiento.
10.2.3. El comportamiento: interacción con el entorno
El comportamiento de un robot es el resultado de combinar su cuerpo y su sistema de control. Es lo que observamos desde fuera: cómo actúa el robot en función de lo que ocurre en su entorno.
Por ejemplo, tenemos un sistema sencillo con un sensor de movimiento y un LED. Cuando el sensor detecta presencia, el LED se enciende. Ese conjunto de acciones define el comportamiento del robot: reaccionar ante la presencia de una persona.
En sistemas más complejos, el comportamiento puede implicar múltiples decisiones encadenadas. Un paso con barrera, por ejemplo, detecta obstáculos, cambiando las vías, activando señales luminosas y sonoras o cerrando pasos.
Nosotros vamos a centrarnos en comportamientos simples pero significativos, que te permitan entender cómo un programa puede traducirse en acciones reales.
10.3. Microcontroladores
Hemos visto que todo robot necesita un sistema de control que actúe como su cerebro, formalmente estos dispositivos son los microcontroladores.
10.3.1. Qué es un microcontrolador
Un microcontrolador es un pequeño dispositivo electrónico que contiene en su interior todo lo necesario para ejecutar un programa: procesador, memoria y conexiones de entrada / salida. A diferencia de un ordenador como el que utilizas en clase, está diseñado para realizar tareas concretas de forma eficiente y continua.
Podemos entenderlo como un “miniordenador especializado“. No tiene pantalla, ni teclado, ni sistema operativo complejo, pero es capaz de leer datos del entorno, procesarlos y actuar en consecuencia. Por ejemplo, puede leer la temperatura de un sensor y decidir si debe activar un ventilador.
Este tipo de dispositivos se encuentran en multitud de objetos cotidianos: lavadoras, microondas, mandos a distancia, sistemas de climatización o incluso en el interior de un coche.
Es decir, la robótica no depende de grandes máquinas, sino de pequeños sistemas embebidos que están integrados en dispositivos reales.
10.3.2. Arduino UNO R4 WiFi: características básicas
En nuestro caso, vamos a utilizar una placa basada en microcontrolador como es Arduino UNO R4 WiFi. Esta placa es especialmente interesante porque combina la simplicidad necesaria para aprender con funcionalidades modernas como la conectividad inalámbrica.
Cuando trabajas con Arduino, en realidad estás programando directamente el microcontrolador que incorpora la placa. Esta se encarga de facilitar las conexiones y de permitirte interactuar con componentes externos de forma sencilla.
Algunas de sus características más importantes son sus pines digitales y analógicos, que permiten conectar sensores y actuadores; su capacidad para ejecutar programas de forma continua; y, en este modelo concreto, la posibilidad de conectarse a redes WiFi, lo que abre la puerta a proyectos relacionados con el Internet de las cosas.
10.3.3. Concepto de entrada y salida (I/O)
Para que un robot pueda interactuar con el entorno, necesita comunicarse con él. Aquí es donde entran en juego los conceptos de entrada y salida, conocidos como I/O (Input/Output).
Las entradas son los datos que el microcontrolador recibe del exterior.
Por ejemplo, la información que proporciona un sensor de luz, un pulsador o un sensor de temperatura.
Las salidas, en cambio, son las acciones que el microcontrolador envía al exterior, como encender un LED, activar un zumbador o mover un motor.
Podemos verlo como un flujo continuo: el sistema recibe información (entrada), la procesa según el programa y genera una respuesta (salida). Este ciclo se repite constantemente, permitiendo que el robot reaccione en tiempo real.
Si lo llevamos a un ejemplo cercano, sería como cuando pulsas un interruptor en casa: la pulsación es la entrada y el encendido de la luz es la salida. En Arduino, programamos ese comportamiento, decidiendo qué debe ocurrir cuando se produce una determinada entrada.
10.4. Sensores y actuadores
Para que un sistema robótico tenga sentido necesita dos elementos fundamentales: algo que le permita percibir lo que ocurre (sensores) y algo que le permita actuar sobre el entorno (actuadores). Sin estos componentes, el robot sería incapaz de interactuar con la realidad.
10.4.1. Sensores
Los sensores son los “sentidos” del robot. Se encargan de captar información del entorno y transformarla en datos que el microcontrolador puede procesar. Gracias a ellos, un sistema puede saber si hay luz, si alguien ha pulsado un botón o si hay un objeto cerca.
En el contexto de Arduino, trabajaremos con sensores sencillos pero muy representativos.
Por ejemplo, un sensor de luz permite medir la intensidad luminosa; un pulsador detecta si ha sido presionado; y un sensor de distancia puede indicar si hay un obstáculo delante.
10.4.2. Actuadores
Los actuadores son los elementos que permiten al robot actuar. Son los encargados de ejecutar las decisiones que toma el sistema de control. Si los sensores aportan información, los actuadores producen cambios en el entorno.
Algunos ejemplos habituales son los LEDs (que emiten luz), los zumbadores (que generan sonido) o los motores (que producen movimiento). Los hay de muchos tipos: electrónicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos, motores, bombas,… En nuestras prácticas, utilizaremos actuadores simples para entender cómo una instrucción en el código se traduce en una acción visible.
10.4.3. Relación entre sensores, control y actuadores
La clave de la robótica está en la relación entre estos tres elementos: sensores, sistema de control y actuadores. No funcionan de forma aislada, sino como parte de un ciclo continuo. Un sensor recoge información, el microcontrolador la procesa y, en función de esa información, activa un actuador.
Cuando entiendes esta relación, empiezas a ver que cualquier sistema automatizado, por simple que sea, sigue este mismo esquema. Y ese es precisamente el objetivo de este tema.
10.5. Proyectos de robótica con Arduino
Ahora nos toca llevar a la práctica todo lo anterior.