1. Introducción

El Kit básico de robótica (Ed. Primaria) lo componen dos elementos fundamentales:

1. Una placa controladora Micro:bit que permite el aprendizaje de conceptos fundamentales de la robótica, la programación y el desarrollo del pensamiento computacional, de manera sencilla y atractiva para el alumnado. Tiene incorporados una serie de elementos: ledes, botones, acelerómetro, sensor de temperatura, sensor de luz, brújula, etc. 

2. Un robot programable compatible con la placa de programación del Kit suministrado, fácil de usar e ideal para poder desarrollar infinidad de proyectos STEAM. Amplía las posibilidades de nuestra placa con elementos como el sensor de distancia, el siguelíneas, motores que permiten desplazamiento del mismo, ledes, etc.

En las siguientes páginas analizaremos en detalle cada uno de estos dispositivos, siguiendo siempre la misma estructura: primero los componentes de hardware y, a continuación, el software necesario para su programación.

En los apartados 2 y 3 nos centraremos en la placa controladora, mientras que en los apartados 4 y 5 trataremos el robot compatible.

2. Placa programable

Pese a su reducido tamaño, más pequeña que una tarjeta de crédito, la placa de programación proporcionada en el Kit tiene una amplia gama de funciones que iremos conociendo a través de esta actividad formativa.

Como introducción, en el siguiente vídeo se presentan algunas de las funcionalidades y componentes de esta placa de programación, aspectos que desarrollaremos con mayor detalle en las páginas siguientes.

2.1. Elementos

1. Parte frontal de la placa controladora

En la parte frontal podemos encontrar los principales componentes de interacción entre el usuario y la placa, como los botones, la pantalla LED, el micrófono y otros conectores. Los vemos en detalle.

2. Parte trasera de la placa controladora

En la parte trasera de la placa se encuentran diversos componentes esenciales, como los LEDs de información, las conexiones y el microprocesador, entre otros elementos que garantizan su funcionamiento.

2.2. Programación de la placa

MakeCode es el entorno de desarrollo de tu placa de programación. Una plataforma en línea diseñada por Microsoft.

Para comenzar a trabajar en ella debemos seguir estos pasos:

1. Accedemos a la web oficial makecode.microbit.org

2. Hacemos clic en el botón Nuevo proyecto. 

3. Ponemos nombre a tu proyecto.

4. Hacemos clic en crear.

Hemos accedido al entorno de programación de MakeCode.

Al acceder por primera vez, el sistema ofrece un tour guiado por las diferentes áreas de programación, que explicaremos con mayor detalle en las páginas siguientes.

1. Detalle de los pasos para acceder al entorno de programación de makecode.org

2. Interfaz gráfica

La interfaz gráfica de Makecode es muy intuitiva. Utiliza un sistema de bloques tipo drag and drop (arrastrar y soltar), similar a otras plataformas como Scratch o code.org, lo que facilita la programación sin necesidad de escribir código. 

Veamos las distintas zonas de esta interfaz. 

2.3. Primer programa

Vamos a escribir nuestro primer programa. El primer programa que se realiza para probar una tecnología se suele llamar ¡Hola, Mundo! (Hi, world!). Crearemos por tanto nuestro ¡Hola, Mundo! con MakeCode y veremos cómo se ejecuta en el simulador. En la siguientes páginas veremos cómo cargarlo en nuestra placa de programación. 

Observa el siguiente video que veremos los siguientes conceptos:

• Cómo crear nuestro primer proyecto en MakeCode.

• Cómo arrastrar código a la zona de programación.

• Cómo eliminar código desde el área o zona de programación.

• Presentación del simulador de nuestra placa.

• Descargar el archivo desde MakeCode.

En la siguiente página de este libro veremos cómo pasar este archivo a nuestra placa robótica. 

Recuerda: Si lo necesitas activa los subtítulos. Debajo del video también puedes ver la transcripción completa del mismo en español. 

2.4. Descarga y transferencia de código

Los programas que diseñemos en makeCode.org, los debemos cargar en la memoria de nuestra placa controladora para que funcionen. Este proceso es muy parecido a cuando cargamos cualquier archivo de nuestro ordenador a un PenDrive o lápiz de memoria. Veamos los pasos en detalle:

1. Descargar el programa en nuestro ordenador.

El archivo descargado tendrá un formato .hex

2. Conectar la placa al ordenador por medio del cable USB y observar que se detecta como una nueva unidad externa, (similar a cuando conectamos un pen Drive). Esta unidad externa se llamará MICROBIT.

3. Cargar nuestro programa en la unidad MICROBIT, o sea, en nuestra placa; copiando y pegando el archivo descargado o arrastrándolo desde la carpeta origen, normalmente en "Descargas", hasta la unidad destino MICROBIT. Mientras carga el programa, una luz led en la parte trasera comenzará a parpadear. Dejará de hacerlo cuando el programa esté completamente cargado.

4. Una vez cargado el programa en nuestra placa, podremos probar nuestro programa sin desconectar el cable USB.

Si queremos probar el programa de manera autónoma, sin el cable USB conectado al ordenador, hay que conectar el portapilas incluido en el kit en el lugar correspondiente. Ver parte trasera de la placa.

Otras opciones de descarga

MakeCode nos permite la descarga directa de archivos hasta nuestra placa controladora.

También podemos emparejar la placa vía Bluetooth desde una tablet Android para transferir nuestros programas directamente.

3. Robot Maqueen

Maqueen es un robot de programación compatible con la placa de programación del Kit suministrado, es de fácil montaje y sencillo de usar, pero con el que podremos desarrollar infinidad de proyectos STEAM. Podemos entenderlo como una extensión o cuerpo de la placa de programación, que amplía notablemente sus posibilidades, tanto de sensores, como el sensor de distancia, o el siguelíneas;  como de actuadores, como los motores, infinidad de ledes simples, RGB, etc.

Gracias a su diseño compacto y plug-and-play, Maqueen permite que los estudiantes comiencen a programar de forma rápida y divertida, despertando su interés por la ciencia, la tecnología y el pensamiento lógico; además, es compatible con distintas plataformas de programación, ya que puede utilizarse con MakeCode, que ya conocemos, y también con Mind+, una plataforma gráfica que admite lenguajes como Python y Arduino.

Componentes incluidos 

El maletín que contiene el robot incluye los siguientes elementos:

• Chasis del robot

• Dos llantas y dos ruedas 

• Portapilas

• Sensor de ultrasonidos (sensor de distancia)

• Manual de usuario

• Plantilla para probar el modo siguelíneas. 

3.1. Elementos del robot maqueen

Veamos cuales son los principales componentes, sensores y actuadores, que integra nuestro robot. Comenzamos por la parte superior, donde debemos insertar nuestra placa de programación.

Ahora, veamos los elementos fundamentales de la parte inferior del chasis de nuestro robot:

3.2. Montaje del robot

El montaje del robot es muy sencillo solo tenemos que seguir cuatro sencillos pasos:

1. Colocar las ruedas en las llantas y estas en los ejes de los motores. Observa que hay una pequeña  muesca en el eje que debes hacer coincidir con el orificio de la llanta. 

2. Colocar el portapilas. En primer lugar recomendamos conectar el cable con el pin de alimentación, después resultará más complicado. Retirar el papel para descubrir el adhesivo. Pegar el portapilas sobre los dos motores a una distancia simétrica del eje central del robot, evitando que roce con las ruedas y dejando espacio tanto para acceder al interruptor como para acceder al pin de conexión con la placa. 

3. Insertar el sensor de ultrasonidos SR04, el sensor de distancia que nos permitirá realizar proyectos en los que el robot tenga que detectar obstáculos.

4. Colocar la placa de programación en el slot (ranura) correspondiente, ya que esta será el cerebro de nuestro robot. 

3.3. Programación del robot Maqueen

El robot que se ofrece es compatible con la placa de programación que hemos visto en los anteriores apartados. Esta placa actuará como el cerebro del robot, y para poder realizar las funciones que nos permite este nuevo cuerpo, necesitará programas informáticos que controlen dichas acciones.

El entorno en el que programaremos será el mismo que se ha visto, makecode.org, pero tendremos que incluir unos bloques de programación especiales para poder controlar el robot.

Para incluir estos nuevos bloques accederemos a makecode.org y crearemos un proyecto nuevo. Una vez estés en la interfaz de programación, seguiremos estos pasos:

1. Hacer clic en extensiones.

2. Escribir la palabra maqueen en el campo de texto y pulsamos intro.

3. Hacer clic en la ventana que pone maqueen.

4. Podremos ver nuevos bloques de programación en nuestra interfaz llamados  maqueen v4.

Vamos a crear el primer programa de nuestro robot. Será un programa muy sencillo que llevará a cabo las siguientes acciones:

1. El micrófono estará atenta a la captación de un sonido alto. Por ejemplo, una fuerte palmada. Cuando esto ocurra:

2. El robot avanzará durante dos segundos.

3. Girará a la derecha durante otros dos segundos.

4. El robot se detendrá a la espera de volver a detectar otro nuevo sonido alto.

Si haces clic "Editar", en la esquina superior derecha de la imagen de arriba, se abrirá el proyecto en el entorno de makecode.org. Podrás editar y descargar esta o crear tu propia versión del programa.

Cargamos el programa en nuestra placa

MUY IMPORTANTE: Los programas para nuestro nuevo robot se cargarán en la placa controladora, exactamente igual que como se vio en el apartado 2.4. Descarga y transferencia de código. Recuerda que ésta es el cerebro del robot. Por lo que seguiremos los pasos anteriormente vistos:

1. Descargar el programa en nuestro ordenador.

2. Conectar la placa al ordenador por medio del cable USB y observar que se detecta como una nueva unidad externa, (similar a cuando conectamos un pen Drive). Esta unidad externa se llamará MICROBIT.

3. Cargar nuestro programa en la unidad MICROBIT, o sea, en nuestra placa; copiando y pegando el archivo descargado o arrastrándolo desde la carpeta origen, normalmente en "Descargas", hasta la unidad destino MICROBIT.

4. Una vez cargado el programa en nuestra placa, desconectar el cable USB.

5. Colocar la placa controladora en el slot de nuestro robot. (Parte frontal hacia adelante). Paso 4 visto en el apartado 4.2. Montaje del robot:

6. Encender nuestro robot en el interruptor ON/OFF.

7. Probar nuestro programa con una palmada fuerte.

3.4. Sensor de distancia

En muchas situaciones necesitamos que un robot pueda detectar obstáculos y calcular la distancia a la que se encuentra un objeto para evitar choques.

El sensor más común para esta tarea es el HC-SR04, que es el que está incluido en el kit. 

1. ¿Cómo funciona el sensor de ultrasonidos?

El principio de funcionamiento es muy parecido al del eco percibido cuando gritamos en una montaña o en un habitáculo amplio y vacío; o el proceso que hace que los murciélagos puedan detectar los objetos que les rodean y vuelen evitando el contacto con los mismos. En el caso del sensor el funcionamiento es el siguiente:

1. El sensor envía una onda sonora de alta frecuencia (40kHz, inaudible para los humanos).

2. Esa onda rebota en un objeto y regresa al sensor.

3. La placa robótica mide el tiempo de ida y vuelta de la onda.

4. Con ese dato calcula la distancia al objeto.

2. Programa de detección de obstáculos

A continuación podemos analizar el esquema de cómo funcionaría un programa de detección de obstáculos tipo, para el robot. 

Un programa de detección de obstáculos tiene como finalidad permitir que el robot detecte objetos situados en su trayecto y reaccione de forma autónoma para evitar colisiones. Para ello, se utilizan el sensor como el de ultrasonidos SR04 incorporado en el robot, que mide distancias mediante la emisión de ondas de sonido y la detección de su eco reflejado en los objetos cercanos.

El programa interpreta los datos de distancia obtenidos por el sensor y toma decisiones en función de la proximidad del obstáculo. Cuando se detecta un objeto a una distancia inferior a un umbral determinado, el robot ejecuta una maniobra de evasión, como detenerse, retroceder o girar. En el ejemplo puesto, el robot gira sobre sí mismo si detecta un objeto a menos de 30cm. 

Este tipo de comportamiento autónomo reproduce el funcionamiento de sistemas de asistencia en la conducción o robótica móvil inteligente. A nivel educativo, el programa permite al alumnado explorar principios fundamentales como la propagación del sonido, cálculo de distancias y velocidades, medición de objetos con ultrasonidos y funciones lógico-matemáticas a la hora de construir las condiciones del programa.

3. El paso a paso del programa

1. El programa se ejecuta por siempre, mientras el robot esté encendido. 

2. Se mide la distancia con el sensor de ultrasonidos.

• Si la distancia es menor de 30 cm, significa que hay un objeto delante.

3. Si leer ultrasonidos en cm es < 30 = verdadero

• El motor izquierdo avanza a velocidad 50.

• El motor derecho retrocede a velocidad 50.

• Consecuencia: robot gira hacia la izquierda durante 800 ms.

4. Si no (leer ultrasonidos < 30 = falso

• Ambos motores avanzan a velocidad 50.

• Consecuencia: El robot sigue recto

3.5. Sensor siguelíneas

El robot cuenta con sensores especializados en su parte inferior que le permiten diferenciar si la superficie refleja luz o no. Estos sensores utilizan dos componentes básicos:

• Un LED de infrarrojos, que emite luz invisible.

• Un fototransistor (LDR), que recibe la luz reflejada.

La luz infrarroja se refleja en las superficies blancas y es absorbida por las negras. El fototransistor, situado junto al LED, detecta esta diferencia y convierte la información en un valor que el robot puede interpretar. De esta manera, podemos guiar a nuestro robot para que siga el recorrido de una línea negra sobre fondo blanco.

Como el robot incorpora dos sensores (izquierdo y derecho), podremos controlar el seguimiento de una línea midiendo si cada uno de los sensores está sobre una superficie oscura, la línea, o se encuentra sobre una superficie que refleja la luz. Así, el funcionamiento principal de un robot siguelíneas es mantener la línea negra entre ambos sensores.

Creamos el programa

Vamos a crear el primer programa de nuestro robot. Será un programa muy sencillo que llevará a cabo las siguientes acciones:

1. El micrófono estará atenta a la captación de un sonido alto. Por ejemplo, una fuerte palmada. Cuando esto ocurra:

2. El robot avanzará durante dos segundos.

3. Girará a la derecha durante otros dos segundos. 

4. El robot se detendrá a la espera de volver a detectar otro nuevo sonido alto.

4. Problemas frecuentes

Este apartado tiene como objetivo ayudarte a identificar y resolver los problemas más comunes que puedes encontrar al trabajar con el kit de robótica. En la tabla que se muestra a continuación, se muestra una guía rápida para diagnosticar y solucionar los fallos más comunes cuando nos iniciamos con este tipo de material. 

1. Problemas de energía y alimentación

2. Conexión y carga de programas

3. Programación y hardware

4. Problemas relacionados con el Robot Maqueen

4.1. Recomendaciones

Consejos metodológicos 

• Comenzar siempre con bloques básicos antes de pasar a códigos textuales.

• Usar el simulador para que el alumnado compruebe hipótesis antes de conectar la placa.

• Fomentar el ensayo-error como parte del aprendizaje.

Procedimiento de transferencia y ejecución

• Descarga y transferencia de código: pulsa el botón Descargar; se genera el programa en archivo .hex y se descarga al ordenador.

• Transferir por USB: conecta la micro:bit y el ordenador a través de un cable USB. Si la conexión es correcta, debería aparecer una unidad de almacenamiento con el nombre MICROBIT. Para ejecutar el programa en la Microbit, arrastra el archivo .hex del paso anterior a la unidad de almacenamiento Microbit.

• WebUSB: Se puede conectar la Microbit al ordenador de forma inalámbrica. Para ello, utiliza el cable para conectar la Microbit y el ordeandor. A continuación pulsa "Emparejar/Pair" para que se establezca la comunicación inalámbrica entre ambos dispositivos. Una vez establecido el emparejamiento, ya se puede descargar directamente los archivos en la placa Microbit, sin necesidad de descargar el archivo .hex previamente en el ordenador.

• Si no se muestra la unidad MICROBIT, prueba otro cable de datos USB, otro puerto de conexión USB del ordenador o usa la opción WebUSB.

Recomendaciones sobre cómo almacenar y compartir

• Guarda tus proyectos en tu cuenta MakeCode.

• Comparte tus proyectos obteniendo el enlace (solo lectura) o invitar a editar.

• Publica tus proyectos con GitHub, convertiendo el proyecto en una publicación para trabajo colaborativo o versionado.

Ayuda

• MakeCode incluye tutoriales guiados y ejemplos (LED, botones, radio, sensores).

• Aprovecha el simulador para probar antes de flashear.