Rpibot: Robot Móvil Económico y Expandible para Aprendizaje de Sistemas Embebidos

Esta plataforma de robot móvil simple y de bajo coste se creó para dar a los desarrolladores una forma práctica y hands‑on de aprender sistemas embebidos.

Como ingeniero de software embebido en una empresa automotriz alemana, inicié este proyecto como plataforma de aprendizaje. Aunque el proyecto original se canceló pronto, mi entusiasmo lo llevó adelante como hobby, resultando en el Rpibot.

Tenía unos requisitos claros:

• Hardware minimalista, centrado en software
• Presupuesto todo‑en‑uno de 100 €
• Expandibilidad integrada para futuros módulos
• Fuente de alimentación única de 5 V (p. ej., powerbank USB) para todos los componentes

La plataforma sirve para múltiples propósitos —educación, vigilancia y competiciones de robótica—, pero no es un tutorial para principiantes. Se esperan conocimientos básicos de programación Python, electrónica y control PID.

Los desafíos fueron inevitables, pero una mentalidad curiosa y persistente ayuda a superarlos. El código fuente es intencionadamente conciso, con secciones críticas comentadas para guiar.

El código fuente completo y los esquemas de hardware están disponibles en GitHub: https://github.com/makerobotics/RPIbot

Materiales

Mecánica

• 1 × Tabla de contrachapado A4, 4 mm de espesor
• 3 × Tornillos y tuercas M4 × 80
• 2 × Motores reductores con eje de salida secundario para encoders (ruedas)
• 1 × Rueda libre
• 1 × Soporte pan‑tilt para cámara (opcional)

Electrónica

• 1 × Raspberry Pi Zero (con header y cámara)
• 1 × Controlador de servos PCA 9685
• 2 × Ruedas y circuitos de encoder óptico
• 1 × Cables jumper hembra
• 1 × Powerbank USB
• 1 × Driver de motor dual DRV8833
• 2 × Micro‑servos SG90 para pan/tilt de cámara (opcional)
• 1 × IMU MPU9250 (opcional)
• 1 × Sensor ultrasónico HC‑SR04 (opcional)
• 1 × Placa perforada, hilo de soldar, headers, etc.

Paso 1: Construir el Chasis

El chasis es intencionadamente simple, ligero y rápido de montar y desmontar.

• Materiales asequibles
• Montaje rápido
• Espacio para futuras adiciones de sensores
• Ligero para reducir consumo energético

El contrachapado es ideal —fácil de cortar con sierra de calar y taladrar. Pegue pequeñas piezas de madera para crear puntos de montaje para sensores y motores. Las piezas críticas deben fijarse con tornillos para que puedan reemplazarse o depurarse sin desmontar todo el bastidor. Aunque la pistola de silicona caliente es cómoda, puede no aguantar en uso prolongado. La impresión 3D es una alternativa pero puede ser costosa y lenta.

La rueda libre es ligera y sin fricción, permitiendo un movimiento más suave. Un separador de madera simple nivela la rueda trasera tras montar las ruedas principales.

Propiedades de las ruedas (para cálculos de software)

Circunferencia: 21,5 cm
Pulsos del encoder: 20 pulsos/vuelta.
Resolución: ≈1 cm por pulso (simplifica cálculos de distancia)

Paso 2: Electrónica y Cableado

Los siguientes módulos se interconectan como se muestra en el diagrama.

Raspberry Pi Zero — el controlador central. Lee sensores y controla motores vía PWM. Se conecta a un PC remoto por Wi‑Fi.

DRV8833 — un driver de motor en H‑bridge dual que suministra corriente suficiente a los motores (los pines GPIO de la Pi no pueden).

Encoders ópticos — entregan una onda cuadrada cada vez que se interrumpe el camino de luz de la rueda. Interrupciones hardware en la Pi capturan cada transición.

PCA 9685 — un controlador de servos I²C que proporciona señales PWM y alimentación de 5 V para servos pan‑tilt.

MPU9250 — un acelerómetro, giroscopio y magnetómetro de 3 ejes, usado principalmente para información de rumbo.

Todos los componentes se cablean con cables jumper. Una protoboard actúa como centro de distribución, proporcionando carriles de 5 V, 3,3 V y tierra. La tabla de conexiones (ver adjunto) detalla cada enlace. Nunca conecte 5 V directamente a un pin de 3,3 V; verifique el cableado antes de alimentar. Mida los voltajes de alimentación principales con un multímetro tras montar la protoboard.

Los módulos se fijan al chasis con tornillos de nailon, haciéndolos estables y extraíbles para mantenimiento.

La soldadura se limitó a bornes de motores, protoboard y pines de header. Los cables jumper son cómodos pero pueden aflojarse; diagnósticos por software ayudan a identificar conexiones intermitentes.

Fuente: Rpibot – Sobre Aprendizaje de Robótica