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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.
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
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SALIDA SEÑAL
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COLOR DE LA PISTA
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| Sensa |
Apagado |
3,8V |
Blanco
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No sensa
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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
- 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
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Sensores línea
negra
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Sensores cuadro |
Motor |
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Centro
izquierda
CI |
Centro
Derecha
CD
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Inferior
Izquierda
II
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Inferior
Derecha
ID
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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
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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
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Dirección |
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Centro
Izquierda
CI
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Centro
Derecha
CD
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Izquierdo
MI
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Derecho
MD
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Carro
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0
|
0
|
IR
|
IR
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Reversa |
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| 0 |
1 |
SR |
IR |
Curva derecha
|
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| 1 |
0 |
IR |
SR |
Curva izquierda
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| 1 |
1 |
SR |
SR |
Adelante |
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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.
 
 
Plano carro seguidor de línea
Plano 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.)
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