Cómo aprender robótica con Arduino y no morir en el intento

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Ahora es mucho más fácil aprender robótica con el Hardware Libre

La robótica es un campo muy emocionante y creciente sobretodo en los últimos tiempos estamos presenciando un aumento espectacular en su evolución. Muchas personas quieren aprender a hacer robots, pero a veces es difícil saber por dónde empezar.

Si comienzas desde cero, o si ya conoces algunos conceptos de electrónica y programación, aprender sobre robótica con Arduino es una buena idea. Te dará algunos conceptos básicos que puedes usar más adelante para construir proyectos de robótica más grandes.

Arduino es una placa interesante con la que empezar a aprender robótica. Encontrarás encontrará muchos ejemplos de aplicaciones de robótica en Internet sobre todo en webs como Instructables, un increíble sitio web con algunos tutoriales de código abierto.

En este artículo te mostraremos una visión general y algunas pautas sobre dónde empezar, qué placa, qué sensores, qué motores utilizar y qué enfoque seguir.

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Lo que puedes hacer y lo que no puedes hacer con un microcontrolador Arduino

Una placa Arduino está compuesta de un microcontrolador, algunos LED, un botón de reinicio, y muchos pines que puedes utilizar para las operaciones de entrada / salida.

Con tantos pines disponibles, se puede leer fácilmente datos de sensores o controlar diferentes motores y actuadores. Eso es lo que hace que Arduino sea ideal para aprender robótica. Es una especie de herramienta todo en uno para interconectar todo el hardware que necesitas controlar.

Pero no pienses en la inteligencia artificial, la visualización 3D y otros algoritmos pesados. Los microcontroladores no son lo suficientemente potentes, y no es el propósito de usar una placa Arduino. Arduino se utiliza principalmente para hacer operaciones de entrada / salida, y pequeños cálculos.

No te preocupes todavía puedes hacer cosas increíbles con sólo una placa Arduino y algunos motores y sensores. Hay más que suficientes recursos para aprender robótica con Arduino.

Y luego, si quieres aprender conceptos robóticos más profundos y agregar una capa de inteligencia para hacer tu sistema más inteligente, puedes controlar tu placa Arduino desde un ordenador, como por ejemplo una Raspberry Pi. Hay muchas maneras fáciles de hacer eso.

Elegir una placa Arduino

Primero de todo tienes que elegir qué tarjeta Arduino es el más adecuado para tu proyecto de robótica. Nuestra recomendación: empezar con una Arduino Uno o un más completo Arduino Mega está bien.

El Arduino Uno tiene un microcontrolador ATmega328P y el Mega tiene un ATmega2560. Su CPU está sincronizada a 16 MHz. La Arduino Uno tiene 2ko de SRAM mientras que la Mega tiene 8ko. Eso es bastante pequeño, así que piensatelo dos dos veces antes de crear grandes proyectos.

Entonces, la mayor diferencia es la interfaz con componentes de hardware. La Uno tiene 14/6 pines digitales de entrada / salida, mientras que la Arduino Mega tiene 54/15. Es por eso que Arduino Mega es preferido para proyectos más grandes, ya que se puede conectar más hardware.

Y si te gusta la impresión 3D, debes saber que algunos shields fueron creados sólo para la placa Arduino Mega, como el escudo RAMPS 1.4, que te permite usar 5 motores paso a paso y alimentarlos desde una fuente de alimentación externa.

Por lo tanto, si quieres aprender sólo lo básico, debes usar un Arduino Uno, de lo contrario te aconsejamos que comiences directamente con un Mega. Más tableros de Arduino están disponibles para diferentes aplicaciones de robótica. Para un tablero muy pequeño prueba Arduino Nano. Si deseas conectividad Ethernet, entonces Arduino Yun sería lo ideal, y está la Arduino 101 con conexión Bluetooth, acelerómetro, giroscopio, etcétera.

Instalación del IDE

El primer paso es instalar el software IDE que te permitirá escribir y cargar el código en tu placa Arduino. Puedes descargar el IDE de Arduino en el sitio web oficial de Arduino. Hay una versión para Windows, Mac OS y Linux.

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Una vez que hayas instalado el IDE, deberás conectar la tarjeta Arduino a tu ordenador con el cable USB. Normalmente, el IDE debe reconocer automáticamente el puerto USB donde está conectada la tarjeta Arduino. Solo necesitas un paso extra: entra en “Herramientas” -> “Tablero” y selecciona la tarjeta Arduino que estás usando.

Ya solo te queda es escribir tu código y cargarlo en la placa. Si no estás familiarizado con la programación de Arduino, eche un vistazo en el menú del IDE a Archivo-> Ejemplos. Se pueden encontrar muchos ejemplos utilizando las bibliotecas estándar de Arduino.

Control de motores, salida o output

¿Qué necesitas para mover un robot? Sí, los motores.

Hay dos tipos de motores que pueden ser fácilmente controlados por Arduino: los servomotores y motores paso a paso.

Servomotores

El servomotor sólo necesita un conector de 3 hilos y pueden conectarse directamente a la tarjeta Arduino. Los servos motores estándar pueden moverse entre 0 y 180 °. Puede controlar un servo con la biblioteca Servo Arduino. Algunos ejemplos se proporcionan en el sitio web de Arduino.

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Básicamente, la forma de controlar un servo motor es darle el valor del ángulo de fin. Va automáticamente a este ángulo. Puedes ajustar la velocidad incrementando el valor en diferentes períodos de tiempo.

También puede leer el valor del ángulo actual. Los servos dan retroalimentación que es muy útil. Pero, ten en cuenta que la mayoría de los servos sencillos tienen un rango de 180 °, que puede ser un problema en algunas aplicaciones, se pueden encontrar algunos servos alternativos en Internet, cada uno con sus pros y sus contras.

Motores paso a paso

Los motores paso a paso son diferentes. No se pueden conectar directamente a la tarjeta Arduino. Necesitas otra tarjeta vinculada, o un módulo o shield como RAMPS 1.4 para la placa Mega. Es por eso que nosotros preferimos Arduino Mega + RAMPS 1.4 para motores paso a paso, ya que ofrece una interfaz más fácil y más agradable.

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Para controlar un motor paso a paso, necesitas decirle que haga un paso. Eso es practicamente todo. Por lo tanto, necesitas saber cuántos pasos debe hacer para un movimiento de 360 ​​°. Luego, al agregar o eliminar el retardo entre cada paso, puede reducir o aumentar la velocidad del motor. Un motor paso a paso funcionará generalmente más suavemente que un servo motor, y tiene rotación infinita.

Sin embargo, un motor paso a paso no tiene retroalimentación. Así que si tu robot necesita ser consciente del ángulo actual tendrás que añadir un codificador o un sensor para saber si el motor se pasó algunos pasos debido a un par demasiado alto.

Después de aprender a manejar motores servo y paso a paso, podrás elegir cuál es el más adecuado para tu robot. Y no te olvides de que hay más tipos de motores por ahí …

Lectura de datos de los sensores, entrada o input.

Una vez que hayas logrado controlar los motores, puede que desees hacer que tu robot adapte su comportamiento a los cambios ambientales.

Hay un montón de sensores que se pueden utilizar con una tarjeta Arduino:

  • Medición óptica de la distancia
  • Detector láser
  • Acelerómetro
  • Giroscopio
  • Magnetómetro
  • Lector RFID
  • Termómetro
  • Sensor de carga
  • Sensor de fuerza
  • y un largo etcetera

¡Imagina todas las aplicaciones de robótica que puedes hacer con todos esos sensores! Puede encontrar fácilmente bibliotecas, tutoriales y hojas de datos on line para aprender a leer y analizar datos. La mayor parte de la adquisición de datos se realizará a través de la comunicación serial, i2c y spi.

Por ejemplo, puedes utilizar una IMU (Inertial Measurement Unit) para controlar la inclinación de tu robot. Una IMU se compone de diferentes sensores: acelerómetros, giroscopio y magnetómetro (opcional). Luego, si deseas que tu robot detecte y evite colisiones con objetos y personas, puede agregar un detector láser.

La práctica

Cuando cargas tu código a la placa Arduino, no sabes lo que está sucediendo exactamente cuando se ejecuta el programa. Tal vez verás algunos comportamientos extraños o que tu robot podría no hacer nada.

La manera más fácil de depurar o mostrar algún estado en tu programa es utilizar la biblioteca Serial. Todo lo que necesitas hacer es escribir Serial.print (), y abrir el monitor en serie en el IDE de Arduino. De esta forma, podrá ver los registros y enviar comandos manuales a través de la comunicación serie para la depuración. (Si ves algunos caracteres impresos extraños, asegúrese de que la velocidad en baudios sea la misma en Arduino y en el serial monitor)

¡Es hora de aprender robótica con Arduino!

Hemos dado aquí una visión general de lo que puedes hacer para aprender robótica con placas Arduino. Si empiezas y te enredas con algunas partes, no te preocupes demasiado ya que hay una comunidad en línea activa alrededor de las placas y proyectos de Arduino.

Esperamos que este post sea útil para tí, para que puedas obtener más información sobre la robótica, aprender cosas nuevas y compartir sus proyectos con las cada vez más numerosas comunidades de robótica.

¡Ya estás listo para aprender robótica con Arduino!

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