CAPITULO 6 EXPERIMENTOS DE

ROBOTICA

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Robot Insecto Solar (Fred) Busca la Luz

Este es un robot del tipo BEAM, que es el acronimo Biology, Electronics, Aesthetics and Mechanics, es decir, Biología, Electrónica, Estética y Mecánica. Son pequeños robots construidos con pocas partes y que efectúan comportamientos complejos.

Los primero que debemos hacer es balancear los fleds (fled: flashing led). Para balancear los ojos del robot debemos usar FLEDs con la misma resistencia, para esto se hace asi:

MATERIALES 2 Transistores 2N3904 2 motores pager, alta-eficiencia motor 2 Transistores 2N3906 2 blinking LEDs (verde o rojo) 2 capacitores de tantalio, 0.22uF 1 panel solar, 3 voltios 2 Soportes para motor pager 2 resistores 3.3k Ohms, 1/4 watt, 5% 2 resistores 33k Ohms, 1/4 watt, 5% 1 capacitor, 2200uF, 16V

Colocamos el tester en modo para medir resistencia, ponemos el FLED en un lugar obscuro (caja de rollo de película) y medimos la re si sten cia y a no tamo s. Luego se agrupan los FLEDs con la misma resistencia.

Alambre de cobre y tubos Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

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5 suelda el resistor de 3.3k Ohms

COMO SE ARMA

1

2N3904, dobla la pata del medio hacia ti.

Las letras del transistor hacia ti y las patas hacia abajo. Nota que cada pata tiene una letra E (emisor) B (base) C (colector).

6 suelda el resietor de 33k Ohmios (1 pata) 2 2N3906, Dobla la tercera pata (colector)

al C3904 (colector del 2N3904) , prepara un loop (rizo) deel C3904, que será usado para conectar al motor (C3904 loop)

hacia fuera

Loop para conectar al motor

3

Suelda los transistores haciendo que la

parte con letras vaya hacia el centro.

7

suelda el capacitor cerámico de 0.22uF

(224) como s muestra (puedes usar hasta menos de 0.001uF (102). Yo uso uno de 0.022uF (223) ) En los capacitores de tantalio, las marcas ++ muestran el positivo, que debe ir al resistor dee 3.3K. El negativo va al resistor de 33K. Marca de ++

4

dobla las patas de ambos transistores

2N 39 04 : el co le ctor ha ci a arri ba . 2N3906 : la base hacia arriba.

Pata más larga Marca de ++ Indicador de polaridad++ Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

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8 dobl a l as patas, ten drá s el cerebro 11 Sujetamos los alambres de cobre a los izquierdo del bicho. E3904 va a las patas - de los capacitores. E3906 va a la pata + Hay que hacer un loop para la coneccion al motor (E3906 loop)

motores y capacitores simplemente doblando la patita positiva +ve. Hay que usar mucha soldadura o pegamento para sujetar bien. (Los ca bles d el panel solar se deb en sol dar primero)

Cerebro Izquierdo

9

Loop para alambre del motor

dobla las patas, es el cerebro de la

d ere cha d el bi ch o Las patas para el cerebro izquierdo se doblan hacia un lado y las del derecho al otro. E3904 va a la p at a - de l os cap aci tore s E3906 va a la pata + . Debes además hacer un loop para la pata del motor.

12

Quita la proteccion del capacitor para

que se vea más interesante.

13 Suelda las patas del motor a su cerebro Loop para conectar a los motores

10 Prepara el motor y su sujetador. Usa alambres de cobre para conectar al motor/ sujetador, sujeta el motor en los alambres si así lo deseas, incluso puedes usar pegamento. Dobl a los alambres po sitivos +ve de l os capacitores y haz lo mismo con los soportes del motor. El largo óptimo es de unos 30 mm del motor a la patita depositiva +ve de los capacitores.

el cable azul del motor izquierdo va a pata E39 06 de l cereb ro izqu ie rdo el cable rojo del motor izquierdo va a pata C3904 del cerebro izquierdo el cable azul del motor derecho va a pata C3904 del cerebro d e r e c h o el cable rojo del motor derecho va a la pata E3906 del cerebro derecho Cerebro Der

- Negativo +Positivo

Cerebro Izq. cables para el motor

cables para el motor

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14 Suelda el cerebro izquierdo, luego el cerebro derecho E3904 va a la patita negativa (-ve) del capacitor E3906 va a la pata positiva +ve.

Motor Izquierdo

Anodo pata más larga

Motor derech o

Catodo parte plana

15 Suelda el ojo izquierdo (FLED), luego el derecho Parte plana Ojo izq

Ojo derecho Parte plana

Cerebro Der

16 Finalmente el panel solar suelda las patitas y pega con buen pegamento epóxico las patas al panel maneja con cuidado y no jales las patas para ver si están bien pegadas. Al panel solar

17 Pu ed es

u sar

p ren sas

C

mi ni atu ra

pa ra

su je tar

lo s

cab le cito s.

su el da lo s al amb res de cob re pri mero en el p osit ivo +ve y n eg ati vo -ve ap li ca p eg ame nto e n lo s cab le s (en e ste caso, caf é & bl an co) p an el so la r , dejamos secar toda la noche y quitamos la prensa C.

Encolar

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18 Dobla las patas positivas + ve hacia abajo como soporte frontal coloca unos tubitos de g oma y l isto !! Aten ci on , ma nej a al ro bo t por su cola (ca paci tor)o su oj o (fled )

Pata positiva +

Sold and o

e l pa ne l s

ol ar Se usa el m tempera tu étod o d e “b aja r alambre s a” pa ra soldar los . 1. C alien ta e 2. D esco n l sold ad o r é segun dos cta lo po r u no s 20 3 . Co lo ca los ca b le s en lámina s, u sa pren sas cima de la s 4 . Sue lda C los ca bles 5 . Ve reific a e lect ricid si lo s ca ble s cond u cen ad 6. Si es as í 7. Si n o, lim ap lica p eg amen to 8. N o jale p ia y vue lve a sold ar s lo 9. Lu eg o d s cab les e p egament d e ja r seca r e l o u na n och p re nsa . e, quita la

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Robot Fotovoro Busca la Luz El robot que se ve arriba es un robot para aquellas personas que ya tienen algo de experiencia con los circuitos electrónicos. En el comercio se venden kits de robots con toda las partes listas para armarlas y no se necesita mucho conocimiento de electrónica. En las fotos se puede ver uno de tales kits. Este robot del tipo BEAM es un robot autónomo que es manejado enteramente por energía solar. Es fototrópico, lo que significa que busca la funet de luz más fuerte de su entorno que, a su vez, le da más potencia. El primer paso antes de construir el robot es estudiar el circuito de abajo.

Motor Derec ho

Motor Izq

O jo Derec ho

Celda Solar

O jo Izquierdo

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Esta es una representaciòn gráfica. El orden de construcciòn debe ser de la siguiente manera: 1 = Negro 2 = Rojo 3 = Azul 4 = Verde 5 = Marrón 6 = Purpura 7 = Naranja 8 = Amarillo Foto diodo

Potenciometro

Capacitor

Foto diodo

Celda solar

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LIST LIS TA DE P AR T TES ES LI STA PAR ARTES 2 Detectores de Volyaje Panasonic 1381J 2.6V-2.9V 2 Fotodiodos. 2 Capacitores de .22uF 2 Transistores 2N3904 NPN 2 Transistores 2N3906 PNP 2 Resistores 2.2K ohm 1 Capacitor eletrolitico de 4700uF 1 Potenciómetro 100K ohm 2 Motores Pager o pequeños motores de grabadora 1 Celda Solar de 3 v Es proferible hacer primero el circuito en un breadboard para no hechar a perder componentes

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Se comprueba el circuito poniendo el potenciómetro al medio y colocando bajo una luz. Uno de los motores debería estar funcionando a saltos. Cuibre un fotodiodo y luego el otro con los dedos, giran ambos motores? Si todo funciona bien puedes continuar con el robot. CONST CONS TRUCCION TRUCCI RUCCION ON Se construirá el circuito con el método de libre formato. Primero de todo debemos encolar con un buen pegamento instantaneo (la gotita,etc) los trasistores 1381 cara contra cara (lado plano) luego los dos 3906 y los dos 3904, luego se los pega todos en un solo bloque. Se hace una conección de tierra, que es un alambrito que suelda al 3er pin 3 de ambos 1381 y los emisores de ambo s 390 4. Estos cua tro pi nes n ecesitan estar conectados.

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Ahora se hace una conección del positivo. Como la pata (pin) central del potentiometro está conectado al positivo, este es un buen momento de encolarlo a lo s tra nsisto res. Sue ld a la pa ta d el potentiometro a los Emisores de los 3906 y deja un corto trozo de alambre que sobresalga. Lo necesitarás después para conectar otros componentes.

Ah ora se p ue de n h ace r o tras conecciones. Suelda el pin 1 del 1381 en el Colector del 3906 y la Base del 3904. Haz lo mismo con el otro lado. Mira a menudo a los dibujos del circuito para no equ ivo carte. Es di fícil ha cer correcciones.

Vista desde atrás de los mismos componentes

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Ahora colocamos los ojos. Se usan fotodiodos. Hay que asegurarse de la polaridad. El ánodo va a los terminales del potenciómetro y el cátodo al pin 2 de los 1381.

Fotodiodo

Instala lo s capacito re s de lo s terminales cátodo de los fotodiodos a la conección a tierra que se hizo en primer lugar.

Capacitor

Capacitor

El cerebro completo se lo ve en la foto de abajo. Los resistores de 2.2K se instalan desde la base del 3906 al Colector del 3904 en ambo s la do s. D ej a un tro zo de cab lecito en los l ados d e los re sisto res pa ra co ne ct ar al colector (3904) para que vaya a los motores. Estos resistores de 2.2K son para que ajustar y permitir que los circuitos trabajen de la mejor manera posible con los motores qu e ob ten ga s. Se de be experimentar para obtener buenos buenos resultados. Comprueba que no hayan cortos o conecciones malas.

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Aquí se ven todos los componentes. Nota el capacitor de 1000uF. En realidad es un poco pequeño, debes usar uno de dimensiones mayores.

Tier ra Posit iv P atao Izqu ierd Pat a Dere a cha

Los pasos finales. Suelda la pata positiva del capacitor al positivo de la celda solar y el negativo al negativo de la celda solar. El capacitor tiene las marcas + y Ahora suelda la coneción positiva a la conección positiva (rojo) y la conección negativa a tierra (blanco). Toma uno de los motores y conecta a la conección en rojo y la otra a la de color verde, el otro motor se conecta a las terminales rojo y azul. El primer motor es de la parte de recha y el otro motor va a la izquierda. Finalmente, coloca el robot bajo una lámpara para ver como reacciona.

L as mon tu ra s de lo s motores se pueden hacer de tubos de aluminio o cobre. También se puede sujetar los mo to re s con un al amb re delgado.

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El robot terminado visto de frente.

El robot visto de atrás. La parte amarilla que sale del eje del motor es un trozo de ai sla mie nto de un cable . Sirve para que el eje no resbale en la superficie

Otra configuración del mismo robot. Nota los soportes de los motores.

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ROBOT CAMINANTE DE 1 MOTOR

Este es un proyecto relativamente simple, se trata de un robot tipo walker, es decir que camina sobre cuatro patas al igual que un insecto, es por eso que se cataloga como robot BEAM. Este robot se basa en uno similar diseñado por el canadiense Jérôme Demers y tiene las siguientes características: * *

Sigue el principio K.I.S.S. (“Keep It Simple, Stupid” del inglés Que Sea Simple y Estúpido). Este robot usa usa un circuito de control simple, un solo servomotor, y un solo engranaje para crear un caminante de cuatro patas. Se demuestra el uso de un popular circuito, el BEAM Bicore un circuito timer de dos nodos que envía una señal de control hacia atrás y adelante entre los nodos creando un movimiento adelante y atrás en el motor y los engranajes y por tanto a las patas de alambre sujetas a los engranajes.

MATERIALES Este proyecto requiere materiales que no se encuentran en la casa a no ser por el alambre que se obtiene de un colgador de ropa. Todo lo demás se debe comprar en una tienda especializada en electrónica LISTA DE PARTES n n n n n n n n n n n

(1) Servo motor de una tienda de hobby (1) Engranaje de plastico de 4cm (se puede usar uno de mayor o menos tamaño) (1) 30 cm de alambre de un colgador de ropa o alambre de cobre No 10 (1) Tubo de plastico de 1cm de diametro se puede usar el plástico del alambre de colgar ropa (1) Bloque de terminales (2) Portapilas para pilas AAA cada una para dos pilas (1) Trozo de tubo de 1cm diametro (2) .22 µF capacitores monoliticos (1) 100K a 10M? resistor (se recomienda uno de 3.2M) (1) Circuit integrado 74HCT240 (IC) (1) socket de 20-pines DIP IC Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas Página 208

UCCI ON E N FORMA CONSTRUCCI CONS CONSTR TRUCCION EN FORMAT TO LIBRE Usaremos el circuito intergado 74HCT240. Este chip es un buffer octal inversor. Es decir que es un chip con ocho compuertas logicas que invierten las señales que les llegan. Todo se invierte, entonces una señal baja se vuelve una señal alta y una señal alta se vuelve una señal baja. Al combinar las tres compuertas en un lado y las tres del otro lado (soldando los pins o patitas del chip). la señal que pasa hacia atrás y hacia adelante entre los dos nodos envía pulsos altos y bajos (o “on” y “off”) a nuestro servo motor. El resultado es un movimiento oscilatorio del eje del motor que se transminte a los engranajes y de estos a las patas hechas de alambre grueso. En la foto se puede ver el circuito construido en un breadboard se usan capacitores de .22µF.

Primero se debe armar en un breadbord con cablecitos llamados jumpers. Lo primero que debemos conectar son los capacitores y el resistor, para esto debemos asumir que el pin (pata) en la parte superior izquierda del CI es el 1 (el pin a la izquierda de la muezca en el intergado). Por tanto siguen los pines 2–10 en la parte izquierda y a la drecha del 11 al 20, se conecta de la siguente manera: * * * * *

Lado izquierdo del integrado: 4-6, 3-4, 5-7, 6-8, 7-9 Lado derecho del integrado: 14-16, 13-15, 12-14, 11-13, 15-18 De izquierda a derecha: 1-19 Capacitores: 2-3 y 18-17 Resistor (sobre el integrado): 2-17

lo último qye hay que hacer es conectar el positivo (+) desde el pin 20 al positivo de una fuente de poder como pilas o transformador y los clables de tierra (-) al pin 1 y a la coneción del negativo de la fuente de poder. Hay que asegurarse que los pines (1 y 10) van al negativo. Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

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Como se debe hacer una fuente de alimentación o fuente de poder con cutrao pilas y dos portapilas. Cada una de las portapilas debe ir a los lados del robot. Notemos que se debe incluir un interruptor

Pines 1 y 9

Soldando el Circuito en Formato Libre Ahora podemos soldar en formato libre siguiendo los siguientes pasos:

Pines 3 y 4

1. Se toma el socalo de 20-pines y se lo da la vuelta. Usando unos alicates pequeños se doblan los pines 1 y 19 de manera de que casi se toquen. Luego se doblan los pines 2, 5, 7, 9, y 10 hacia afuera. Doblar los pines 6 y 8 hacia adentroi. Los pines deben estar muy rectos. Ahora se doblan hacia afuera los pines 12, 14, 16, 17, y 20. Luego se doblan hacia adentro los pines 11, 13, 15, y 18. Podemos guiarnos por las fotos. Procedemos a soldar los pines 1 y 19 colocando bastante soladadura para tapar la brecha entre las patas o pines. Ahora se sueldan los pines 3 y 4. Ver la foto al lado. Suelda los pines 6, 8 y 4 (que se soldó al pin 3) Se usa un cable largo para conectar los pines 6 y 8 a los pines 3/4.

Pines 11, 13, 15 y 18

Soldar los pines 11, 13, 15, y 18 con un cablecito. Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

Pines 6, 8 y 4 Página 210

Con un cable aislado se conectan el pin 10 a los pines 1 y 19. Se coloca la suficiente soldadura.

Pines 10, 1 y 19

Cable aislado

Ah ora

sol da mos

l os

pi ne s

5,

7,

y

9

con

un

tro zo

de

cab le .

Soldar los pines 12, 14, y 16 con un trozo de cable pelado.

Pines 12, 14 y 16

Pines 5, 7 y 9

Tomamos los capacitores monoliticos de .22µF y soldamos uno a los pines 2 y 3 y el otro capacitor a los pines 17 y 18. Se debe usar bastante soldadura de manera que se los pueda manipular sin desoldarlos. Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

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Colocamos finalmente el resistor. En esta etapa ya se habrá experimentado con el mejor valor usando el breadboard nosotros usamos un valor de 3,2 Megaohmios. El resistor se suelda a los pines 2 y 17, haciendo un puente. pines 2 y 17 pines 17 y 18

pines 2 y 3

Finalmente invertimos el socalo y colocamos el circuito integrado sobre este. Se debe tener cuidado de que todas las patitas (pines) ingresen en sus respectivos orificios. Con esto ya tenemos listo el circuito controlador del robot caminante. Pasaremos a hacer el cuerpo del robot:

Primero debenmos tomar un servo motor, es decir un motor con engranajes de reducción, tal como se ve en la figura de al lado.

Luego tomamos un engranaje grande, de unos 4 cm más o menos, el cual cortaremos por la mitad exactamente con ayuda de una sierra muy fina, o un alambre caliente.

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Una vez que tenemos las dos mitades del engranaje debemos tomar una de las mitades y pegar con un pegamento muy fuerte el volante del servomotor Figura 1. En la otra mitad se pega un tubo de plástico Figura 3.

1

2

La primera mitad del engranaje se sujeta al servomotor tal como se ve en la figura 4. 3

Ahora debemos conseguir un ejej de alambre grueso que tenga el mismo diámetro que el tubo que encolamos en la segunda mitad del engranaje. Este alambre se lo sujeta al cuerpo del servomotor doblando un trozo en un ángulo de 45 grados. Para fijar el alambre se usa pegamento epóxico. (Del que se usa en dos mitades, Poxilina o poxipol). Tal como puede verse en la figura 5.

4

5

Tomamos la otra mitad del engranaje y la colocamos en el eje de alambre que se ha encolado al cuerpo de l se rvomoto r. Los d ien tes d ebe n encaj ar perfectamente tal como se ve en el dibujo 6.

6

Ahora se toman dos portapilas y se las sujeta con pegamento a los lados del servomotor tal como se ve en la figura 7. 7

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Se toman dos trozos de alambre grueso (de colgador de ropa) y los dobla como se muestra en los dibujos. La forma exacta de las patas del robot se encuentra haciendo pruebas. A continuación se pegan las patas usando pegamento epóxico a los engranajes tal como se ve en la figura

8

Patas traseras

Patas delanteras

9

Finalmente se coloca el ci rcu ito i nte gra do ya armado en formato libre y se procede a soldar los terminales de las pilas.

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FOTOS QUE MUESTRAN TODOS LOS PASOS

Alinear orificios

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En la parte de abajo se puede ver el circuito completo de este robot

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Finalmente nos queda hacer las conecciones de la batería al cirucito que henmos preparado previamente de la siguiente manera: El cable positivo que parte del interruptor debe ir al pin 20. El cable positivo del motor debe ir al pin 9. El cable negativo (generalmente negro) que sale de la batería debe ir al pin 10. Y el cable negativo que sale del motor debe ir al pin 12. Tal como se ve en la figura de abajo. El cable positivo que parte del interruptor debe ir al pin 20

Positivo del motor debe ir al pin 9

Ne ga ti vo qu e sale d el moto r debe ir al pin 12

Negativo (generalmente negro) que sale de la batería debe ir al pin 10

Lo unico que queda es hacer funcionar el robot, simplemente se lo coloca en una mesa, se acciona el interruptor y se observa mientras camina. Si notamos que resbala, se pueden colocar tubos de goma al extremo de las patas, tal como se ve en la foto. Si no camina adecuadamente, se debe variar la forma de las patas doblando un poco cada vez hasta encontrar la forma adecuada.

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ROBOT RATON Vamos a comenzar con un robot muy sencillo de construir, es el robot ratón. Se llama así debido a que tiene la característica de seguir un trayecto a lo largo de una pared. Esto se debe a que tiene un “sensor” que no es más que un switch (interruptor) de tipo SPDT. Al comprar en la tienda de electrónica debemos tener cuidado de pedir ese y no otro interruptor. Abajo se puede ver el circuito y la disposición de los componentes en un trozo de plástico.

Pila o batería de 9 voltios

Como se colocan los componentes en un chasis de plástico

Notemos que el interruptor tiene soldado un alambre de acero o de clip para papel que funciona como “antena”

Bateria de 9 voltios Rueda

Servo mecanismo

Bateria de 9 voltios Ruedas Esfera de plástico

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ESCARABAJO SENCILLO ROBOT Componentes del robot - 2 motores de 1.5 Volts - 2 clips para papel - 2 baterias AAA o AA - 1 soporte de batería AAA o AA - 1 metro de cable - 2 micro interruptores SPDT 1 Cortamos el cable en piezas de 6 cm cada una, unas13. Pelamos 1 cm en cada extremo.

Motores

2 Reagrupamos todos los componentes. Pilas

Interruptores SPDT

3 Soldamos los cables a cada componente con excepción de las pilas.

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Soporte de pilas

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4 Tomamos el soporte de las pilas y hacemos una conección a la conección del centro. Con esto tendremos una tercera conección.

Conección

5 Volteamos el soporte de las pilas de manera que las pilas estén cabeza abajo. Se encola los dos interruptores al soporte.

Interruptores

Pilas

6 Se encolan los motores a los lados del soporte de pilas, los ejes deben tocar el suelo.

Tercera conección

Tercera conección

Interruptores

Encolar con silicona caliente

7 Cómo hacer las conecciones

Este extremo tiene que estar conectado a la tercera coneción. (Ver paso 4)

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9 Do blar el clip para formar las antenas del insecto. Se suelda cada antena en la parte metálica de cada i n t e r r u p t o r . 10 Ahora se colocan pilas en el soporte y se hace la primera prueba del robot escarabajo.

Soldar las antenas a los interruptores

Las antenas funcionan como detectores, si chocan contra algo el robot lo esquiva y toma una nueva dirección.

Se debe colocar 1 cm de tubito de plástico, o tubo de goma para aislar, a cada eje de los motores. Esto le da un mejor “agarre” al girar. También se pueden usar esferitas de goma.

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EXPERIMENTOS PARA

FERIAS DE CIENCIAS con materiales caseros y reciclados para Nivel: Medio y Universitario

Autor: Miguel Antonio Vargas Palomeque

No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares de los Derechos Reservados. De rechos Reservados 2009, Miguel An to nio Vargas Palomeque, primera edición en español formato pdf. La Paz, Bolivia.

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“En el principio creó Dios los cielos y la tierra. Y la tierra estaba sin orden y vacía, y las tinieblas cubrían la superficie del abismo, y el Espíritu de Dios se movía sobre la superficie de las aguas. Entonces dijo Dios: Sea la luz. Y hubo luz. Y vio Dios que la luz era buena; y separó Dios la luz de las tinieblas. Y llamó Dios a la luz día, y a las tinieblas llamó noche. Y fue la tarde y fue la mañana: un día.” Genesis 1, 1-5

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