Los proyectos de robótica STEM ofrecen una forma de que los equipos de estudiantes aprendan los muchos aspectos del desarrollo de productos inalámbricos, desde la programación hasta la creación de prototipos, pasando por los fundamentos de la conectividad RF y celular que soportan las comunicaciones inalámbricas en el Internet de las cosas. En esta entrada del blog, ofrecemos una visión general del Earth Rover de Digi, una iniciativa de diseño y construcción desarrollada por el equipo de ingeniería de Digi como ejemplo de un gran proyecto de robótica para estudiantes.
El Earth Rover es un robot educativo STEM que demuestra el poder del celular IoT para dispositivos remotos. Se controla a distancia como un Mars Rover, pero funciona aquí en la Tierra. El Earth Rover se comunica mediante mensajes de texto SMS que facilitan que cualquiera pueda interactuar con él. No se necesitan aplicaciones ni inicios de sesión.
Earth Rover cuenta con el
Digi XBee 3 Celular LTE-M/NB-IoT global para comunicarse, y aprovecha el GNSS/GPS de ese módulo para determinar su ubicación. El Rover acepta órdenes de mensajes de texto de varios usuarios simultáneos, que pueden decirle que conduzca en diferentes direcciones, que informe de los datos de los sensores ambientales, que reproduzca sonidos y que envíe un mapa con su posición marcada. El módulo Digi XBee 3 Cellular puede conectarse a robots de cualquier parte del mundo a través de redes celulares 4G LTE-M.
Los Earth Rovers -actualmente hay cuatro dispositivos idénticos- debutaron en el Salón de la Electrónica de Consumo (CES) de Las Vegas en enero de 2022.
Su objetivo es demostrar el valor fundamental del módulo Digi XBee 3 Global IoT , incluida la gestión completa de activos a distancia, las operaciones complejas con un presupuesto reducido de energía y ancho de banda, el funcionamiento en lugares de difícil acceso y el valor del conocimiento de la ubicación incorporado (GNSS).
Nuestra demostración de Earth Rover en la feria permite a los asistentes controlar el robot a través de su smartphone. El robot se mueve mediante sencillos comandos de texto, y los sensores del robot proporcionan datos para su control remoto. El módulo Digi XBee proporciona información de localización a través de satélites GPS, y los sensores envían la temperatura y otras condiciones ambientales, todo en tiempo real.
Cómo Earth Rover puede inspirar a los equipos de robótica STEM
El Earth Rover es un gran ejemplo de proyecto de robótica STEM, ya que permite a los estudiantes universitarios y de secundaria aprender sobre la exploración remota y desarrollar sus habilidades en el celular IoT, de modo que estén preparados para diseñar las próximas generaciones de dispositivos conectados.
Como ejemplo de plan de estudios, se podría asignar a los equipos de robótica de estudiantes la construcción de un robot similar y su participación en una competición, en la que el objetivo es que cada Earth Rover sobreviva de forma independiente durante el mayor tiempo y/o recorra la mayor distancia sin ninguna interacción manual.
Una vez que un Earth Rover ha "aterrizado" en un lugar, funcionaría de forma independiente con sólo comunicaciones remotas limitadas. Los estudiantes pueden aprender de forma práctica de sus propios éxitos y fracasos mientras adquieren las habilidades necesarias para crear la próxima generación de soluciones de dispositivos conectados.
Los rovers interplanetarios son un modelo excelente para los dispositivos celulares ubicados a distancia IoT . Ambos tienen que hacer mucho con una potencia limitada y deben lidiar con un ancho de banda de comunicaciones restringido, además de conexiones potencialmente intermitentes. Ambos implican la detección remota en entornos bastante difíciles, y ambos deben ser controlados completamente a través de comandos de radio.
Digi XBee El módulo celular es el corazón de este sistema. Habla TCP/IP, UDP, SMS y Bluetooth BLE. Ofrece servicios de localización GNSS/GPS y programabilidad de borde en MicroPython.
También hay un completo sistema de gestión y supervisión a distancia,
Digi Remote Manager®. para la configuración, la comprobación del estado de los dispositivos y las actualizaciones de firmware y software por aire, una plataforma basada en la nube fundamental para cualquier organización que esté construyendo y desplegando robótica inalámbrica u otros productos conectados a escala.
Relacionar la robótica STEM con la exploración espacial
Una vez que una máquina inalámbrica va a Marte, la correa electrónica es todo lo que tenemos. Si un explorador de Marte se atasca, sufre un problema de software, pierde un sensor o necesita nuevas instrucciones, la respuesta es siempre un comando de radio. Nadie vendrá con una llave inglesa o una lata de aceite. Nunca se sustituirá ningún componente y nunca se limpiará nada.
Es fundamentalmente lo mismo para los dispositivos celulares IoT . Muchos están instalados en lugares muy inaccesibles, como el interior de un domicilio particular al que el vendedor no tiene acceso. En otros casos, el acceso es técnicamente posible pero económicamente inviable, debido al tamaño o la distribución de la red de dispositivos. El coste de visitar 100.000 lugares y pulsar 100.000 botones de reinicio, por no hablar del tiempo que supone, significa que estos dispositivos
bien podría estar en Marte. Así que, al igual que en el Planeta Rojo, las comunicaciones por radio son nuestra única conexión. La correa electrónica IoT es todo lo que tenemos.
Manejo del Earth Rover
He aquí un rápido recorrido por la demostración del Digi Earth Rover. Para empezar, los usuarios escanean un código QR en la bandera del Rover, creando un mensaje de texto dirigido al número de teléfono del módulo Digi XBee Cellular. El envío de esta primera orden hace avanzar al robot durante un par de segundos. A continuación, el robot responde con una confirmación y un mensaje de ayuda que muestra otros comandos operativos útiles.
Al enviar "izquierda" o "derecha" se producen giros de 90 grados. Enviar "atrás" hace que retroceda, mientras pita como un camión. De hecho, también puedes enviarle "pitido"... o "boop", lo que hace que el robot toque diferentes melodías. Añadiendo un número después del comando se personaliza el tiempo de ejecución. Así, "atrás 10" pondrá al Rover en marcha atrás durante diez segundos.
El Earth Rover tiene varios sensores ambientales que informan de su temperatura, la humedad, las concentraciones de dióxido de carbono, y su rumbo actual de la brújula. El comando "sensores" devuelve un informe parecido a este:
La brújula puede utilizarse para girar hacia una dirección concreta. La orden "girar hacia el este" hará que el robot gire hasta quedar orientado en esa dirección cardinal, facilitando el proceso de navegación absoluta.
El Earth Rover utiliza el GNSS/GPS de a bordo de Digi XBee 3 Cellular para proporcionar su ubicación. El comando "mapa" enviado al Rover devuelve un enlace especial que muestra un mapa interactivo, mostrando a los usuarios remotos dónde se encuentra exactamente en el mundo.
Los servicios de localización son un componente especialmente importante en la red celular IoT, porque por definición muchos de los dispositivos que la utilizan tienen movilidad y necesitan mostrar su ubicación actual en tiempo real.
Los cortacéspedes autodirigidos pueden hacer un seguimiento de los lugares en los que han trabajado, y los remolques de transporte pueden ser localizados independientemente de si están en la carretera o a la espera de ser recogidos en un depósito de transporte.
Incluso las redes de dispositivos estacionarios pueden beneficiarse registrando con precisión las ubicaciones de los nodos físicos de forma automática en la instalación, enviando alertas adicionales si alguna vez se trasladan.
Los Earth Rovers de Digi pueden configurarse a distancia. Hay un comando especial para recuperar sus diagnósticos, incluyendo el ID único, la intensidad de la señal, la memoria libre, el voltaje y otros ajustes de estado.
Otros comandos administrativos pueden actualizar estos estados, ajustar otras configuraciones y reiniciar o apagar el robot. Todo se lleva a cabo por vía aérea, tal y como tendría que ser en Marte.
Para los estudiantes que aprenden diseño inalámbrico, el proceso de construcción de robots que pueden configurarse y controlarse a distancia desde cualquier lugar del planeta -incluso si el robot está en algún lugar fuera de la estratosfera- ofrece un gran aprendizaje que puede crear grandes habilidades para el futuro.
Muchos equipos de estudiantes han utilizado los módulos de comunicación celular y RF de Digi, así como los módulos de sistema integrado de Digi, para crear prototipos y proyectos grandes y pequeños. Puede ver algunos de nuestros estudios de casos de estudiantes en el contenido relacionado que aparece a continuación.
Cómo conseguir componentes para los robots STEM
Mientras que el
Digi XBee 3 Celular LTE-M/NB-IoT es un producto de Digi, "se necesita un pueblo", como se dice. En el caso del Earth Rover, los socios de Digi ayudaron a hacerlo posible:
Si quiere saber más sobre el Ecosistema Digi XBee , visite
digi.com/xbeeo
contactar con Digi para organizar una visita a la sede de Minneapolis, donde podrá conocer a los robots en persona.
Próximos pasos