Dentro de los sistemas mecatrónicos más
interesantes se encuentran los robots, maquinas autónomas diseñadas para
cumplir una tarea específica.
Un carro seguidor de línea lo podríamos
definir como la unión de varias tecnologías como lo son mecánica,
sensores y electrónica, con la correcta implementación de cada una
podemos obtener resultados sorprendentes...
Pues
bien para muchos estudiantes su primer proyecto robótica pueden ser el
tan conocido carro seguidor de línea. "Cosas de Mecatrónica" te trae el
proceso de diseño y construcción de un carro seguidor de línea, para que
superes esta etapa y puedas seguir con proyectos mucho mas desafiantes.
Muchas
veces vemos videos como este y nos preguntamos como funciona, en el
siguiente artículo veremos como construir un carro seguidor de línea en 3
pasos.
1 MECÁNICA
El chasis del carro seguidor de línea es
la estructura destinada a brindarnos la movilidad, para su construcción
se debe elegir un material resistente (acrílico, madera, lámina
metálica, etc.) que soporte el peso de la batería, el sistema de
control, los motores y los sensores. El diseño del chasis determina el
ancho, largo y alto del carro.
Los
motores muestran la potencia y la velocidad con que se va a mover el
carro, se suele utilizar motores con caja reductora que nos garanticen
un buen torque, para el carro se necesitan dos motorreductores.
La
dirección del carro en la curvas y en las rectas se encuentra guiada
por una rueda loca se coloca en la parte trasera del chasis.
Las llantas deben ser preferiblemente de caucho, garantizando buena adherencia a la pista.
Al
momento de escoger la batería es necesario saber a que voltaje y a que
amperaje se va a trabajar, los elementos que consumen mayor amperaje en
el carro son los sensores y los motores; con a mayor voltaje obtenemos
mayor velocidad para los motores.
Teniendo estos componentes ahora hay que
dar rienda suelta a la imaginación para diseñar una estructura
resistente, llamativa y liviana con las cargas bien distribuidas.
2 SENSORES
Los sensores ópticos del carro son las entradas de señal de ellos depende el movimiento de los motores del carro.
- SENSOR ÓPTICO AUTO-REFLEX
En un artículo anterior se mostro un sensor infrarrojo con
un seguidor de voltaje, en este articulo vamos a trabajar con un
transistor 2N3904 (NPN) en reemplazo del seguidor de voltaje.
| ESTADO SENSOR |
LED INDICADOR |
SALIDA SEÑAL |
COLOR DE LA PISTA |
| Sensa |
Apagado |
3,8V |
Blanco |
| No sensa |
Encendido |
0V |
Negro |
En el artículo de Sensor infrarrojo pueden informarse acerca del LED INFARROJO, EL FOTODIODO, LAS RESISTENCIAS; en el presente artículo veremos:
¿Por qué un transistor 2N3904?
El transistor está compuesto por una base, un emisor y un colector:
Base:
Se encuentra precedida por una resistencia de 1KΩ a 1/2W recomendada
por el fabricante para que llegue la corriente adecuada a la base y esta
pueda ser excitada.
Emisor: Se conecta a 0V
Colector: Se encuentra precedido por un LED INDICADOR con su respectiva resistencia y está conectada a 5V.
En el momento que a la base llega corriente esta conmuta y hace unión
entre el colector y la base haciendo que el LED INDICADOR encienda y se
obtenga un voltaje en la señal de salida (3,8V).
- ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
Para la realización del carro seguidor de línea necesitamos de cuatro sensores:
- 2 sensores, fieles a la línea negra
- 2 sensores, el carro se detiene en el cuadro negro
Los sensores se deben ubicar en la estructura del carro,
ojala con un sistema para su desplazamiento y graduación de altura tanto
del emisor como del receptor.
3 ELECTRÓNICA
Si se trabaja con una batería de 12V ó superior a 5V es necesario
utilizar reguladores de voltaje. Los sensores y circuitos integrados que
controlan el carro consumen 5V y como se tiene una batería superior a
5V se utiliza un regulador de voltaje puede ser un 7805 con su
respectivo disipador.
Por el pin 1 entra el voltaje de la batería, el pin 2 va a 0V de la batería y por le pin3 obtenemos 5V.
- ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
La
finalidad de este proyecto es la de un carro seguidor de línea negra en
fondo blanco si evaluamos la tabla que nos entrega los sensores, estos
censan cuando están en color blanco, la mayoría de la pista es de color
blanco, sería mejor acondicionar la señal para que los sensores censen
en color negro para esto debemos invertir la señal de los sensores con
una compuerta veamos:
Utilizamos el integrado 40106 que además
de ser inversora es un disparador Smith Trigger que mediante la entrada
de un voltaje entre el rango de 0V a 5V este nos convierte esta señal
en una señal digital pura.
- PARAR EN CUADRO NEGRO DE 120mm x 120mm
Para esto necesitamos la señal de salida de los cuatro
sensores sin invertir sus salidas de señal, vamos a utilizar una tabla
de verdad y mapas de karnaugh para hallar el circuito lógico:
El carro debe parar en el cuadro negro cuando los cuatro sensores
estén en estado No censa (0 lógico) y con esto los motores deben estar
con 0V
Sensores línea
negra
|
Sensores cuadro |
Motor |
|
|
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|
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|
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|
Centro
izquierda
CI |
Centro
Derecha
CD |
Inferior
Izquierda
II |
Inferior
Derecha
ID |
Izquierda
MI |
Derecha
MD |
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|
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| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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| 0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
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| 0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
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| 0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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| 0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
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| 0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
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| 0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
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| 0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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| 1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
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| 1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
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| 1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
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| 1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
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| 1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
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| 1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
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| 1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
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| 1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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MI =ID + II + CI + CD
Nota: La ecuación que se utiliza para el motor izquierdo (MI) es la misma que se utiliza para el motor derecho (MD)
Para este circuito utilizamos una compuerta OR de tecnología TTL, como la 74LS32. Aquí está la configuración de pines
Veamos lo siguiente teniendo en cuenta:
- 0 No censa línea negra
- 1 Censa línea negra
- SR Sentido manecillas del reloj
- IR Inverso sentido manecillas del reloj
| Sensor de línea negra |
Motor |
Dirección |
|
Centro
Izquierda
CI |
Centro
Derecha
CD |
Izquierdo
MI |
Derecho
MD |
Carro |
|
| 0 |
0 |
IR |
IR |
Reversa |
|
| 0 |
1 |
SR |
IR |
Curva derecha |
|
| 1 |
0 |
IR |
SR |
Curva izquierda |
|
| 1 |
1 |
SR |
SR |
Adelante |
|
Para esto vamos a utilizar el driver para motores L293B que maneja
señales de control para nuestro caso son los sensores y a partir de esta
se puede controlar hasta 2 motores y su sentido de giro a través de un
puente H.
Este integrado en su pin1 y pin9 maneja el Enable (habilitador), si
es un 1 lógico habilita el canal para que el motor gire pero si es un 0
lógico inhabilita el canal evitando que el motor gire.
Recordaran que hicimos un circuito para que el carro pare en el
cuadro negro, la señal de salida de ese circuito se lo mandamos tanto al
pin1 como al pin9 y con esto logramos que el carro seguidor de línea
pare en el cuadro negro de 120mm x 120mm.
Ahora
uniremos todo lo visto durante el paso 2 (SENSORES) y el paso 3
(ELECTRÓNICA) un plano del circuito del carro seguidor de línea.
