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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.
<!--[if gte vml 1]>
<![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->Al
momento de escoger la batería es necesario saber a que voltaje y a que
amperaje se va a trabajar, los elementos que co nsumen 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
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.
| 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
fabrican te
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
- 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 D
 E 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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Centro
izquierda CI |
Centro
Derecha
CD |
Inferior
Izquierda
II |
Inferior
Derecha
ID |
Izquierda
MI |
Derecha
MD |
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0
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0 |
0
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0
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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) en un plano del circuito
del carro seguidor de línea.
No era tan difícil
como se creía, ¿o sí?
REGULACIÓN DE
VOLTAJE
-Bateria
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.)
Más videos prácticos en Universidad
Nacional 
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Comments
http://ikalogic.com/tut_line_sens_algo.php
Usa una gran cantidad de sensores para optimizar las curvas.