Robot Seguidor de Lineas

Se trata de un robot capaz de seguir una linea de color negro sobre un fondo blanco. Para el diseño de este robot, he tratado utilizar el mínimo de componentes posibles, con una circuitería realmente sencilla.

Tendremos que abordar varios puntos:

1. Sensorización del Robot
2. Actuadores (motores)
3. Alimentación

Sensorización del Robot:

Utilizaremos el integrado MSE-S110. Es un sensor de reflexión de fácil manejo y bajo coste. Este circuito se compone de dos CNY70, que tras el acondicionamiento nos entregaran una tensión de salida de 5v mientras el material sobre el que incidan sea negro.

Usaremos estos sensores para saber cuando estamos dentro de la linea y cuando estamos dando una curva. El tipo de control del robot sera el mas sencillo, un "Todo o Nada".

Cuando los dos sensores incidan sobre la linea negra significara que el robot marcha dentro de esta y por lo tanto deberá seguir recto. En el caso de que uno de los sensores salga de la linea, sabremos que el robot esta dando una curva y tendremos que controlar los actuadores para que el robot gire.


Actuadores (motores):

Como el control "Todo o Nada" es bastante malo, tendremos que reducir la velocidad del motor. Para este robot usaremos motores CC de 4.5v. Si disteis tecnología en el colegio seguramente usasteis estos. No nos pararemos a dimensionar el motor, pero si unas nociones básicas.

Sabemos que el motor CC se puede modelar como Va= Ra*Ia+Ea. Siendo Va la tensión de alimentación del motor, Ra la resistencia de armadura, Ia la corriente por la armadura y Ea la fuerza electromotriz (a partir de ahora fem). El flujo en un motor de imanes permanentes es constante, de donde se puede establecer las siguientes funciones:

W = K*Ea Siendo W (velocidad angular del motor) y K (constante), sabemos que la velocidad del motor es proporcional a la Ea.

T = K*Ia Siendo T (par del motor), sabemos que el par es proporcional a la Ia.

El T no debería de ser alto, pero como veremos mas adelante, la alimentación tendrá un peso considerable en nuestro robot, aumentando así el par de carga de los motores. Es por eso que posteriormente se abordara el tema de como alimentar los motores con una Iomax (corriente de salida maxima) del sensor muy pequeña.


Alimentación:

Para este primer proyecto utilizaremos un sistema bastante sencillo. Consistirá en cuatro pilas AA de 1,5v y un regulador 7805 para que nos fije la tensión a 5v. Para ello necesitaremos un portapilas que se puede conseguir en cualquier tienda de electrónica.


Para el regulador necesitaremos dos condensadores, uno de 0,1uF y otro de 0,33uF.


Funcionamiento del Robot:

Esta tabla representa todos los estados del robot para las 3 distintas situaciones en las que puede encontrarse. Como anteriormente hemos mencionado, el control de este sera "Todo o Nada", es decir, la rueda gira a velocidad constante o no gira. Para que el robot avance, las dos ruedas tendrán que girar a la vez. En cambio, cuando el robot deba de tomar una curva, una rueda seguirá girando y la otra se detendrá. También podemos apreciar que cada sensor controla la rueda contraria. Sera la salida de cada CNY70 la que alimentara la rueda correspondiente.



Sin embargo, la corriente de salida de los sensores es insuficiente para darle al motor el par necesario. Según las pruebas que he realizado, la corriente máxima de salida del MSE-S110 es de 35mA, mientras que el motor (para su funcionamiento óptimo) debe ser alimentado con 500mA. Es por ello que utilizaremos el integrado ULN2803. Este nos proporcionara una salida máxima de 500mA, ideal para nuestra aplicación.


Circuito del Robot:

El diodo zener de 5v se coloca como protección a las sobretensiones que generan los motores. Se debe colocar entre la alimentación y el pin 10 (común) del ULN2803. Hay que conectar el positivo del motor a la alimentación, y el negativo al pin de salida correspondiente del ULN2803.




Primer paso: Probar el circuito

En este vídeo se muestra la placa definitiva. Puede que al principio los ULN2803 os den un poco de guerra, pero en cuanto entiendes como funcionan (tras hacer varias mediciones) todo sera cuesta abajo. Se puede apreciar como los motores se ponen en funcionamiento y se paran en función de la posición sobre la linea negra.

Segundo paso: Ensamblaje final

Primeramente, he creado un prototipo rápido para comprobar que mis diseños funcionan correctamente. Añadí dos motores para dar mas T, ya que los motores son casi de juguete y no tienen mucha fuerza. Estas son unas fotos de mi primer prototipo sin las gomas de oruga:













Tras un par de ajustes podemos concluir que el robot funciona correctamente. Por pura cuestión de estética hago los bocetos definitivos de lo que sera nuestro robot final. Así es como quedo finalmente: