La robótica educativa puede practicarse en un navegador mientras se aprende cómo funciona el simulador por dentro. La publicación desarrolla un laboratorio virtual con PHP, JavaScript y bases de datos, donde el código de Arduino controla un robot, sus sensores y sus motores sobre pistas que el usuario puede modificar.
Autor: Claudio Peña
Una arquitectura web para guardar y compartir proyectos
El laboratorio se construye por módulos que separan la gestión de datos, la simulación, los escenarios y la ejecución del código. PHP administra los proyectos en el servidor, mientras que JavaScript realiza los cálculos y dibuja la escena mediante HTML5 Canvas. Esta distribución concentra el trabajo de simulación en la computadora de cada estudiante y reduce la carga del servidor.
Cada proyecto reúne el programa de Arduino, la configuración del robot y los datos de la pista. La persistencia admite MySQL y SQLite, con una alternativa de almacenamiento local en el navegador cuando falla la comunicación con el servidor. La exportación en formato JSON permite trasladar el trabajo entre instalaciones o compartirlo como una actividad de clase.
La construcción se apoya en tecnologías web habituales, sin motores gráficos ni dependencias pesadas. Para seguir el desarrollo conviene contar con nociones de PHP y JavaScript, aunque no se exige experiencia previa en robótica. El código se presenta junto con las razones de cada decisión, de modo que el lector pueda modificar sus componentes y ampliar sus funciones.
Arquitectura modular del Laboratorio Virtual de Robótica: el cliente procesa la física, el renderizado y la transpilación de Arduino C++ en el navegador, mientras que el backend PHP gestiona la persistencia y la portabilidad.
Cómo se convierten las señales en movimiento y percepción
El robot virtual utiliza tracción diferencial: dos ruedas motrices independientes determinan el avance y los giros. El modelo calcula la posición y la orientación a partir de sus velocidades y del tiempo transcurrido. Los estados de los pines y los valores de modulación de ancho de pulso gobiernan el sentido y la velocidad de los motores mediante una representación del controlador L298N.
La percepción también se construye con procedimientos explícitos. Los sensores infrarrojos consultan el color de la pista bajo su posición y calculan su luminancia para distinguir superficies claras y oscuras. El sensor ultrasónico proyecta rayos geométricos hacia los obstáculos y obtiene una distancia a partir de sus intersecciones.
La escena combina el movimiento, las colisiones, las lecturas de sensores y los indicadores de telemetría. Las pistas prediseñadas plantean dificultades progresivas de navegación y control. El editor permite dibujar recorridos, colocar obstáculos y cambiar la posición del robot, para estudiar cómo responde un mismo programa ante distintas condiciones.
Diagrama del modelo cinemático diferencial: la combinación de las velocidades lineales de las ruedas izquierda (v_L) y derecha (v_R), separadas por una distancia L, determina la velocidad de avance v y la velocidad angular de rotación ω del chasis.
Programar Arduino y experimentar con el hardware virtual
La ejecución del código se resuelve mediante un transpilador que transforma las construcciones de Arduino C++ contempladas por el proyecto en JavaScript. Una capa de funciones emuladas conecta ese programa con los pines, los sensores y los motores virtuales. El sistema conserva la organización de Arduino: ejecuta setup() al iniciar y repite loop() durante la simulación.
Los retardos se coordinan con un reloj virtual y operaciones asíncronas, para que la espera del programa no detenga la animación ni la interfaz. El editor y el monitor serie permiten escribir instrucciones, detectar errores y observar datos durante las pruebas.
El banco de trabajo vincula las asignaciones de pines con la configuración del robot. Los programas incluidos recorren estrategias de seguimiento de línea, control proporcional-integral-derivativo, evasión de obstáculos y mini-sumo. Las actividades proponen modificar esos mecanismos y agregar funciones. En el aula, el recorrido pasa por comprender las conexiones, programar, experimentar en la arena y llevar luego el código al hardware físico para continuar las pruebas.
Disposición responsiva del Laboratorio Virtual: navegación por pestañas en la parte superior, barra de herramientas de ejecución y paneles laterales con accesos directos a los ejemplos educativos preconfigurados.
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