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 cómo construir un carro seguidor de línea
en 3 pasos.
Mecánica
CHASIS
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.
MOTORES
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.
RUEDA LOCA
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.
LLANTAS
Las llantas deben ser preferiblemente de
caucho, garantizando buena adherencia a la pista.
BATERIA
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.
Sensores
En el artículo Sensor
infrarrojo con detector de tonos puede implementar un sensor
con frecuencia modulada y libre de interferencias.
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.
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 1KO 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.
Electrónica
CONTROL DE VOLTAJE
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
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
CONTROL DE MOTORES
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
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.
No era tan difícil como se creía, ¿o
sí?
Materiales
REGULACIÓN DE
VOLTAJE
-Batería 12V
-LM7805
POR CADA
SENSOR
-20R
-220R
-10K
-1K
-2N3904
-LED INFRARROJO 5mm
-FOTODIODO 5mm
-LED 5mm (indicador estado
sensor)
PARA LÓGICA CUADRO
NEGRO
-74LS32 (compuerta OR)
-40106 (inversora-disparador Smith
Trigger)
CONTROL MOTORES
-L293B (driver de los motores)
-1N4004 (Diodo de protección de
motores, 2 por cada motor)
ESTRUCTURA CARRO
-Motores DC con caja reductora (2
motores)
-Rueda loca
-Llantas
-Chasis (imaginación del creador;
acrílico, madera, aluminio etc.)
Autor:
Robert Córdova
López