La mecatrónica educativa tiene como objetivo ser la evolución de la robótica educativa, por lo que puede identificarse como parte del paradigma educativo de la universidad, sus espacios académicos, infraestructura y actividades prácticas. El objetivo fundamental de este marco es desarrollar los conocimientos y habilidades que el nuevo mundo industrial, inspirado en las últimas tecnologías, requiere. Este trabajo propone el diseño modular de un brazo robótico alineado con el marco conceptual de mecatrónica educativa ampliada, mediante el diseño e implementación de herramientas educativas para desarrollar los conocimientos y habilidades necesarios para la Industria 4.0. El brazo robótico, impreso en 3D y de bajo costo, está diseñado para ser utilizado en un sistema de captura de movimiento para aplicaciones robóticas, con el fin de construir conceptos de cinemática para un proceso de aprendizaje. En particular, el diseño instruccional para construir el concepto mecatrónico de un espacio de trabajo robótico se lleva a cabo considerando los tres niveles de aprendizaje: concreto, representacional y abstracto. Lo anterior demuestra cómo la metodología pedagógica propuesta puede impactar en la Industria 4.0 en el contexto de las pequeñas y medianas empresas.