1. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA

Desde siempre, el Hombre ha buscado la manera de hacer su vida más fácil, para ello ha ido inventando artilugios a lo largo de la Historia cada vez más sofisticados.

Actualmente se siguen utilizando herramientas, máquinas y automatismos, aunque se intentan sustituir por robots, por ser más cómodos para las personas.

1.1. Definición de Robótica

El término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una poderosa industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad. Recientemente se ha producido una explosión en el desarrollo y uso industrial de los robots tal que se ha llegado al punto de hablar de "revolución de los robots" y "era de los robots". 

Podemos definir el significado de la robótica como una ciencia que aglutina varias ramas tecnológicas (como la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control, entre otras), con el objetivo de diseñar máquinas que sean capaces de realizar tareas automatizadas o de simular el comportamiento humano o animal, en función de la capacidad de su software.

Sus principales objetivos son abaratar los costes de producción y realizar tareas tediosas o peligrosas, y aunque hasta hace pocos años, únicamente los veíamos en el sector industrial automatizando puestos de trabajo, ahora también disfrutamos de los robots en hoteles, bares, bancos, consultas médicas, ejerciendo de policías o en catástrofes naturales.

Si todavía no te has decidido por tus estudios futuros, la robótica es una disciplina que está en auge actualmente y que tiene un gran futuro.

1.2. Definición de robot

La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek estrenó en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot. 

Su origen es de la palabra eslava "robota", que se refiere al trabajo realizado de manera forzada. 

La obra trata sobre un inventor que fabrica robots humanoides para hacerles trabajar como esclavos, finalmente los robots se revelan contra él y lo asesinan.

La palabra robot está a la orden del día y muchas veces al escucharla nos imaginamos una máquina con forma humana que camina, habla, gesticula... pero en realidad es algo más complicado de definir.

2. FUNCIONAMIENTO DE UN ROBOT

Como vimos en la clase anterior, un robot recoge información del medio físico que le rodea (Temperatura, luz, sonido, movimiento, etc.). Esto lo realiza mediante unos componentes electrónicos llamados "Sensores".

Dependiendo de los parámetros que reciba de su entorno a través de los sensores, puede realizar ciertas acciones (Moverse, encender luces, emitir sonidos, etc.). Esto lo puede realizar mediante otro tipo de componentes electrónicos llamados "Actuadores".

El "cerebro" del robot, el que decide lo que tiene que hacer al consultar los sensores es una placa electrónica llamada "Controladora" , que contiene el programa que tiene que ejecutar en todo momento, que previamente lo ha introducido un programador.

El programa puede ser cambiado para cambiar el funcionamiento del robot cuantas veces se quiera.

2.1. Hardware y Software

Hemos visto que para hacer funcionar un robot hacen falta varias cosas, algunas con tangibles como lo sensores, la placa controladora y los actuadores y otras son intangibles como los programas y los datos.

Programamos el software en un ordenador y se lo transmitimos al controlador a través de un cable; de esta forma, el controlador sabe lo que tiene que hacer en cada momento.

A veces, el robot no actúa como nosotros pensábamos, luego tendremos que revisar el programa, volver a transmitirlo a la controladora y volver a probar su funcionamiento en el robot. A este proceso se le llama "depurar" un programa.

La placa controladora tiene un microchip llamado "procesador", que se encarga de leer y ejecutar cada línea del programa que hemos introducido en la memoria de la placa. 

Además, el procesador se encarga de leer los datos de los sensores y de controlar los actuadores conectados a la placa.

2.1.2. Placas controladoras

Actualmente, la placa controladora más famosa es Arduino, que fue inventada por un estudiante italiano en el año 2005. Se han vendido más de 250 unidades en todo el mundo, sin contar los numerosos clones y compatibles.

Existen varios modelos de placas Arduino con diferentes especificaciones, todas ellas sencillas de usar y a precios muy asequibles, por lo que son ideales para la enseñanza.

También existen otros tipos de placas controladoras, pero las más utilizadas en el ámbito educativo son las siguientes:

Esta última es la placa que vamos a utilizar en este curso para construir nuestros robots.

En cursos superiores estudiaremos las placas de BQ y de Arduino UNO.

2.2. Tipos de robot

Actualmente estamos rodeados de robots sin saberlo, como hemos visto antes, no todos los robots tienen forma de humano:

Podemos clasificar los robots en dos grupos:

• Los robots industriales: Se utilizan en la fabricación de objetos, en tareas como la soldadura, pintura, unión de piezas, manejo de materias peligrosas, etc. Suelen tener forma de brazos articulados.

• Los robots de servicio: Se utilizan para ayudar directamente a las personas, con fines médicos, militares, para entretener, para hacer tareas del hogar, etc.

2.3. Aplicaciones de los robots

Como hemos visto antes, los robots se utilizan en diversos lugares y además, están siendo introducidos en otros nuevos, como en los coches.

Las principales aplicaciones de los robots son:

2.4. Ventajas e inconvenientes de los robots

Como hemos dicho al principio de este tema, estamos entrando en la "era de los robots", y como todo cambio, tiene defensores y detractores. 

Vamos a analizar brevemente las ventajas e inconvenientes de los robots en la sociedad:

3. INTRODUCCIÓN A MICRO:BIT

Micro:bit es una pequeña placa diseñada por la BBC para aprender robótica en escuelas, es fácil de conectar y programar y tiene varios sensores incorporados.

En el siguiente dibujo se pueden apreciar las partes de la placa Micro:bit por ambas caras, como puede apreciarse, dispone de varios sensores actuadores que nos permitirán hacer multitud de proyectos, además, a través del conector de 20 pines podemos añadir otros sensores y actuadores.

La placa Micro:bit es muy versátil, ya que podemos programarla desde un ordenador (Sin importar el sistema operativo) o desde una tablet o teléfono móvil.

Si vamos a utilizar el ordenador, necesitaremos un cable USB para conectarlo a la placa. Cuando conectas la placa, aparecerá en el ordenador como una memoria USB llamada MICROBIT.

Cuando creamos un programa, podemos descargar el archivo del programa al ordenador y posteriormente, copiarlo a la unidad MICROBIT, lo que hará que se empiece a ejecutar en la Micro:Bit.

3.1. Programación de Micro:Bit con Makecode

Podemos utilizar Scratch para programar la placa de Micro:Bit añadiendo la extensión micro:bit. A partir de ese momento, dispondremos en Scratch de varios bloques que nos permiten utilizar los botones, la pantalla y el acelerómetro de la placa Micro:Bit en nuestros programas.

La conexión de la placa Micro:Bit a un ordenador es sencilla si disponemos del sistema operativo Windows, pero no lo es si tenemos Linux, como es nuestro caso, luego en este curso utilizaremos otro método de programación.

La otra opción, que nos permite programar nuestra placa es mediante la página de Makecode, de la empresa Microsoft, a través de la cual podemos programar nuestra Micro:Bit desde un navegador de Internet, conectando la placa al ordenador mediante un cable USB.

También podemos utilizar Makecode instalando su aplicación en una tablet o móvil y conectando con la placa a través de bluetooth. (También está disponible para IOS).

Cuando accedemos a Makecode, nos aparece la página anterior, donde podemos ver nuestros proyectos o crear uno nuevo y donde podemos seguir varios tutoriales muy interesantes.

NO es necesario registrarnos en la página de Makecode y sin embargo, guarda nuestros proyectos en la caché del navegador.

En la siguiente imagen podemos ver las partes principales de la página de Makecode.

3.1.1. Primeros programas

Para empezar, vamos a probar algunos bloques de la categoría Básico.

Crea el siguiente programa y pulsa el botón Play que hay bajo la placa del simulador, verá como aparece un corazón dibujado con los led´s frontales.

Prueba todos los iconos y quédate con el que más te guste

Ahora vamos a cargar el programa para que se ejecute en la placa Micro:Bit siguiendo estos pasos:

1. Conecta la placa al ordenador con el cable USB, 

2. Pulsa el botón descargar y guarda el archivo con extensión .hex en la unidad MICROBIT.

3. Observa el funcionamiento de la placa.

Si tenemos un cargador de pilas conectada a la Micro:Bit, podemos hacer que la placa funcione independente del ordenador (Ideal si construimos un robot que se desplaza).

Crea y carga en Micro:Bit los siguientes programas. ¿Qué diferencia encuentras en su funcionamiento?

En la categoría Básico disponemos de un bloque para mostrar iconos en la pantalla de la Micro:Bit, pero además, hay un bloque para crear nuestros propios iconos.

Si incluimos dos iconos en el bloque "para siempre", podemos conseguir sencillas animaciones, como la del siguiente ejemplo:

Además, en la categoría Básico encontramos otros bloques que sirven para mostrar mensajes y números por la pantalla. 

¿Sabrías decir qué hace el siguiente programa?

3.1.2. Entradas

La placa de Micro:Bit dispone de varios sensores de entrada: Los botones A y B, el Logo táctil, el acelerómetro, el sensor de temperatura y el micrófono. Pero además, podemos añadir más sensores de entrada a través del conector de 20 pines.

En el dibujo anterior vemos algunos bloques de la categoría Entrada que nos pueden servir para hacer varias aplicaciones y juegos sencillos, como en los ejemplos siguientes. En el primero puedes mostrar tu estado de ánimo pulsando un botón y en el segundo hemos utilizado el bloque "escoger al azar" para hacer un dado electrónico que muestra un número aleatorio entre 0 y 6 cada vez que agitamos la placa Micro:Bit.

Realiza ambos programas en Makecode, descárgalos en la placa y pruébalos.

¿Se te ocurren formas de mejorarlos?

3.1.3. Sonidos

La placa Micro:Bit dispone un pequeño altavoz integrado en la parte trasera, aunque también podemos conectarle un reproductor de sonido (Auriculares, altavoces, etc.)

En MakeCode existen varios bloques en la categoría Musica, que nos permiten hacer sonar nuestra placa

El bloque reproducir sonido, tiene varios sonidos que pueden servirnos para comunicar el estado de ánimo, como en el siguiente ejemplo de mascota virtual.

Prueba los distintos sonidos de este bloque.

¿Podrías añadir otro estado de ánimo a nuestra mascota?

El bloque comenzar melodía, tiene varias melodías que pueden reproducirse una vez, para siempre o en segundo plano (como música de fondo).

Prueba todas las melodías y elige la que más te guste, luego ponla de música en segundo plano en nuestra mascota virtual.

También disponemos de un bloque llamado reproducir melodía, con el que podemos crear nuestras propias melodía de forma fácil o podemos elegir alguna de la galería.

¿Eres capaz de crear tu propia melodía?

En esta categoría existen otros bloques que nos permiten crear sonidos, notas musicales, silencios, etc.

3.1.4. Led

En la categoría Led, hay una serie de bloques mediante los que podemos encender o apagar leds individuales de la pantalla de Micro:Bit o crear un diagrama de barras.

En el siguiente ejemplo, hemos creado un diagrama de barras que muestra en la pantalla, el nivel de sonido que recoge el micrófono, de manera gráfica (Escogemos 255 como valor máximo porque como sabemos, el sensor de sonido tiene un rango de valores desde 0 a 255).

¿Podrías modificar el siguiente programa para que se presente en pantalla el nivel de luz en forma de diagrama de barras?

3.1.4. Variables

A veces necesitamos guardar un dato a lo largo de un programa, en estos casos, Makecode dispone dentro de la categoría Variables de unos bloques que nos permiten crear variables a las que damos un nombre y que guardan datos durante el programa.

En el siguiente ejemplo, hemos creado dos variables llamadas fila y columna y le hemos 0 dado como valores iniciales; mediante el bloque cambiar ... por 1, sumamos 1 al valor de las variables.

También hemos utilizado el bloque graficar x ...  y ... para dibujar puntos en la pantalla,

¿Qué crees que hace el siguiente programa?

3.1.5. Radio

Micro:Bit permite comunicar dos tarjetas mediante Bluetooth, por ejemplo, podemos utilizar una placa fija en un lugar y otra que sea la que recibe la información de los sensores de la primera o podemos utilizar una placa como mando a distancia de un robot y la otra como controladora del robot.

Para conseguirlo, tenemos los bloques de la categoría Radio.

En el siguiente programa, hemos establecido un grupo asignándole la clave "1" (Pueden asignarse hasta 255 grupos). Cuando pulso el botón A de mi placa, todas las placas que estén conectadas al grupo 1, recibirán mi mensaje "Me llamo Miguel".

Si alguien pulsa el botón A de su placa, recibiré el mensaje que me envíe.

3.1.6. Bucles

Cuando necesitamos repetir una acción un número determinado de veces, tememos el bucle repetir ... veces. En el siguiente ejemplo, hacemos parpadear 4 veces un ícono cada medio segundo.

También disponemos de un bucle para ejecutar acciones mientras se cumpla una determinada acción, como en el ejemplo siguiente:

Con el bucle para ... de 0 a ..., podemos hacer incrementar una variable desde 0 hasta cualquier valor.

3.1.7. Lógica

En la categoría Lógica, tenemos varios bloques que son muy importantes en programación, ya que permiten a la controladora elegir entre varias opciones, dependiendo de si se cumplen ciertas condiciones o no.

Intenta explicar los siguientes programas, en los que se han utilizado bucles de la categoría Lógica.

A continuación, proponemos un programa para comprobar cómo la placa  Micro:Bit detecta la aceleración en los ejes x e y. También proponemos un sencillo juego de "piedra, papel, tijera".