Proyecto 10
Dron Acuático
Construcción con impresión 3D y programación de un dron capaz de desplazarse por la superficie del agua: recorre trayectorias predeterminadas (nivel inicial) y esquiva obstáculos con sensores ultrasónicos (nivel avanzado).
- Dificultad:
- Nivel educativo:
- Secundario. Ciclo Básico.
- Plataformas:
- Arduino UNO R3 ESP32 DevKit
Así funciona
Mirá el comportamiento del proyecto funcionando. Más abajo tenés la guía paso a paso para construirlo y programarlo.
La simulación arranca sola cuando llegás. Podés pausarla cuando quieras.
Empezá el proyecto
Elegí un nivel para arrancar. Cada uno retoma el anterior y sube la complejidad: si es tu primera vez, empezá por el inicial — ahí se arma la base del circuito.
Objetivos
- Introducirse en algunas nociones de mecánica e hidráulica mediante el armado de un dron acuático.
- Comprender la lógica de los sistemas de movimiento.
- Comprender la lógica de la programación secuencial.
- Resolver el ensamble de piezas según las necesidades de diseño.
Antes de empezar
- Arduino IDE 2.x instalado en la computadora
Insumos
La lista se ajusta a la plataforma elegida en el selector del encabezado.
- Módulo motor ULN2003 × 1
Actúa como driver: comanda los dos motores DC en un único sentido de giro (encendido/apagado). Los giros del dron se logran frenando un motor, no invirtiéndolo.
- Motor DC 5 V (1500 rpm) × 2
Uno por lado (izquierdo y derecho). Van montados en la superficie del dron, con su electrónica protegida del agua.
-
Sensor de distancia ultrasónico (HC-SR04) × 3Se usan desde el nivel avanzado (uno al frente y dos laterales). Con ESP32, el pin Echo entrega 5 V: interponé un divisor de dos resistencias hacia el GPIO para no dañar la placa.
- Portapilas para 6 pilas AA (con sus pilas) × 1
Alimenta los motores a través del módulo ULN2003, de forma independiente de la placa. Baja tensión, apta para el aula.
- Filamento PLA para impresora 3D × según modelo
Para imprimir las piezas del casco, los soportes y los rotores de paletas del dron.
-
Protoboard × 1 -
Cable dupont macho-hembra × 20 - Cable dupont macho-macho × 20
-
Arduino UNO R3 × 1Solo Arduino UNO R3 -
Placa ESP32 DevKit v1 × 1Solo ESP32 DevKit -
Cable USB tipo B × 1Solo Arduino UNO R3 -
Cable micro USB (con línea de datos) × 1Solo ESP32 DevKit -
Resistencias para el divisor de tensión del Echo (por ejemplo 1 kΩ y 2 kΩ) × 6Solo ESP32 DevKitDos resistencias por sensor (tres sensores) para bajar los 5 V del pin Echo al nivel de 3,3 V que admite el ESP32.
Equipamiento del taller
- Computadora
- Impresora 3D
- Soldador
- Estaño
- Alicate
- Pinza de punta
- Pinza brusela
Fabricación digital
- Impresión 3D Archivos en preparación
PLA · stl, 3mf
Piezas del dron para impresión 3D (casco inferior y superior, carcasas de motores, placas, soportes, vínculos y rotores de paletas). El original ofrecía un modelo descargable; su reempaquetado para esta reedición está pendiente.
- Corte láser CNC Archivos en preparación
MDF 3 mm · dxf, svg
Rediseño de las piezas estructurales para corte láser en MDF 3 mm (a diseñar para esta reedición).
Presentación
Se propone la construcción y la programación de un dron que pueda desplazarse por la superficie del agua. Este será capaz de realizar distintos recorridos de manera automática. En una primera instancia estará programado para recorrer un área previamente determinada de la manera más eficaz posible. Luego se le incorporarán sensores ultrasónicosSensor de distancia ultrasónicoSensor que mide distancias emitiendo un pulso de sonido ultrasónico y midiendo el tiempo hasta que el eco regresa tras rebotar en un obstáculo. Tiene cuatro pines: VCC y GND para la alimentación, Trigger para disparar el pulso y Echo para detectar su llegada. para que el dron pueda esquivar obstáculos que se encuentren en su camino.
El dron se construye con piezas impresas en 3D y avanza gracias a dos motores DCMotor DCMotor eléctrico de dos terminales (+ y −), común en vehículos y ventiladores. Gira mientras recibe corriente y su velocidad depende de la potencia entregada. Requiere un circuito intermediario (driver) que le dé la potencia que la placa no puede entregar por sí sola. comandados por un módulo ULN2003ULN2003Circuito integrado que actúa como driver de motores: convierte la señal de control de baja potencia de la placa (una salida digital) en la potencia necesaria para mover un motor DC. No invierte el giro: enciende y apaga el motor en un solo sentido., todo controlado por una placa ArduinoArduinoPlaca electrónica con un microcontrolador programable y comunicación USB/serial. Desde la computadora, un IDE permite escribir el código, compilarlo y cargarlo en la placa. Tiene entradas y salidas digitales (0 a 13) y entradas analógicas (A0 a A5). (o su equivalente ESP32ESP32Placa con un microcontrolador de Espressif que trae WiFi (y Bluetooth) integrados. Se programa desde el Arduino IDE igual que un Arduino, con pines llamados GPIO. En este proyecto reemplaza al conjunto Arduino UNO + módulo OBLOQ para el nivel IoT.).
A lo largo de toda la guía vas a encontrar términos técnicos resaltados: al tocarlos se despliega su definición, tomada del glosario original del proyecto. Allí está la información técnica necesaria para poner el proyecto en funcionamiento, con aclaraciones sobre los diversos elementos electrónicos involucrados así como también conceptos claves.
Cómo está organizado
- Nivel inicial: construir con impresión 3D y una placa Arduino un dron acuático capaz de ser programado para recorrer trayectorias previamente determinadas, avanzando y girando con sus dos motores.
- Nivel avanzado: complejizar el sistema agregando sensores ultrasónicos que le permitan al dron reconocer obstáculos en su camino, esquivarlos y luego retomar su trayectoria.
Este proyecto no tiene nivel intermedio: del nivel inicial se pasa directamente al avanzado. Esta reedición web conserva la estructura y la propuesta didáctica del material original de 2019, con las actualizaciones registradas en la ficha del proyecto: se programa directamente en C++ (mBlock3 fue discontinuado), el Arduino IDE se presenta en su versión 2.x, y se corrigieron varios errores del código y del cableado original (la lectura de los tres sensores, el conflicto de pines del segundo sensor y un texto que hablaba de un semáforo).
Cierre y extensiones
Una vez finalizado este proyecto, si se quiere continuar, es posible extenderlo. Estas son algunas opciones sugeridas:
- Programar trayectorias triangulares de recorrido para optimizar el barrido total deseado.
- Programar diferentes trayectorias alternativas para esquivar un mismo obstáculo.
- Incorporar a la electrónica un doble puente H, para poder invertir el sentido de giro de los motores y que el dron pueda retroceder.
El proceso de resolución de problemas como los que se han planteado aquí permite la movilización y la integración de distintos saberes, en la búsqueda de soluciones posibles a una situación dada. Si bien la información fue presentada a modo de instructivo, se espera que sean los estudiantes, organizados en pequeños grupos, quienes vayan encontrando las mejores formas para construir los dispositivos. Esto implica preparar los materiales para que cada grupo cuente con todo lo necesario para la construcción del proyecto. Además, en el interior de cada grupo, los estudiantes deben distribuirse los roles y las tareas de acuerdo a las demandas que van teniendo en las actividades.
Basado en la obra original Saberes Digitales — INET / EDUCAR, Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de la Nación Argentina (2019).