Seguidor de Linea Robot1

8/3/2019 Seguidor de Linea Robot1

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UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRNICA

INFORME DE TRABAJO DE ELECTRNICA ANALGICA

TEMA: SEGUIDOR DE LNEA

INTEGRANTES:

OSCAR DELGADO

DIEGO MOLINA

ERIK YUGSI

CURSO: 4 GRUPO 3

FECHA: 2012-01-12

TEMA: SEGUIDOR DE LNEA


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1.-OBJETIVO:

Construir un seguidor de lnea, usando componentes bsicos de electrnica.

Aprender sobre funcionamiento de los sensores y transistores en el seguidor delnea.

2.-MARCO TERICO:2.1.-SEGUIDORES DE LINEA

Los robots seguidores de lnea se caracterizan por ser autnomos y ser capaces de realizaruna nica funcin de recorrer una pista formada por una determinada lnea negra en el

menor tiempo posible. Dicha lnea debe ser de cierta longitud y grosor con puntos de inicio yfinal establecidos y marcada sobre un fondo blanco pero adems los seguidores de lneadeben ser capaces de poder predecir y pasar las pruebas ms inesperadas las cualespueden ser curvas lneas entrecortadas ngulos rectos pendientes pequeas, etc. Presentesen el recorrido

El funcionamiento del robot puede estar realizado mediante programacin o transistorizadocuya misin es superar las barreras que se presenten en las pistas. En las intersecciones ylas vueltas, el robot puede elegir cualquier ruta, siempre que vaya de inicio a meta, dandoimportancia a las rutas que brinden mayor dificultad as como los atajos que siga el robot.Esta informacin fue transcrita de la pgina web: intercon2011[1]

2.2.- FUNCIONAMIENTO

Todos los rastreadores basan su funcionamiento en los sensores. Sin embargo, dependiendode la complejidad del recorrido, el robot debe ser ms o menos complejo (y, por ende,utilizar ms o menos sensores).Los rastreadores ms simples utilizan 2 sensores, ubicados en la parte inferior de laestructura, uno junto al otro. Cuando uno de los 2 sensores detecta el color blanco, significaque el robot est saliendo de la lnea negra por ese lado. En ese momento, el robot girahacia el lado contrario hasta que vuelve a estar sobre la lnea. Esto en el caso de losseguidores de lnea negra, ya que tambin hay seguidores de lnea blanca.Las 2 maneras ms comunes de armar los rastreadores son: OPAMPS (AmplificadoresOperacionales), o con simples transistores trabajados en su zona de saturacin. Estodependiendo de la complejidad con la que se quiera armar el circuito. Podemos utilizar unmicro controlador para realizar las funciones de control o guardar en l la forma del

recorrido por una pista. Tambin sirve como escaneado elctrico.Esta informacin fue transcrita de la pgina web: wikipedia la enciclopedia libre[2]

2.3.- TRANSISTOR BIPOLAR O BJT

El transistor bipolar es el ms comn de los transistores, y como los diodos, puede ser degermanio o silicio.
http://www.unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://www.unicrom.com/Tut_diodo.asp


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Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente en cadacaso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C)y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el grficode transistor.

El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimosuna cantidad de corriente por una de

sus patillas (base), el entregar por otra (emisor),una cantidad mayor a sta, en un factor que se llamaamplificacin.

Smbolos

Este factor se llama (beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces:- Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a (factor de amplificacin) por Ib(corriente que pasa por la patilla base).- Ic = * Ib- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, slo que, la corrienteen un caso entra al transistor y en el otro caso sale de l, o viceversa.

Segn la frmula anterior las corrientes no dependen del voltaje qu alimenta el circuito(Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambiaVcc. Ver figura.

En el segundo grfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que ams corriente la curva es ms alta.

Esta informacin fue transcrita de la pgina web:unicrom[3].

2.4.-SERVOMOTORES

Un servomotor de modelismo conocido generalmente como servo o servo de modelismoes un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posicin dentrode su rango de operacin, y de mantenerse estable en dicha posicin. Est formado porun motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen defuncionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa.

Los servos de modelismo se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol yen robtica, pero su uso no est limitado a estos.
http://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_amplificadores_.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Actuadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_reductorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuitohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiocontrolhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3ticahttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_amplificadores_.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Actuadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_reductorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuitohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiocontrolhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica


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Estructura interna y funcionamiento

El componente principal de un servo es un motor de corriente continua, que realiza lafuncin de actuador en el dispositivo: al aplicarse un voltaje entre sus dos terminales, elmotor gira en un sentido a alta velocidad, pero produciendo un bajo par. Para aumentar elpar del dispositivo, se utiliza una caja reductora, que transforma gran parte de la velocidadde giro en torsin.

Control de posicin

Artculo principal: Control proporcional

Diagrama del circuito de control implementado en un servo. La lnea punteada indica unacople mecnico, mientras que las lneas continuas indican conexin elctrica.

El dispositivo utiliza un circuito de control para realizar la ubicacin del motor en un punto,consistente en un controlador proporcional.

El punto de referencia o setpoint que es el valor de posicin deseada para el motor se

indica mediante una seal de control cuadrada. El ancho de pulso de la seal indica elngulo de posicin: una seal con pulsos ms anchos (es decir, de mayor duracin) ubicaral motor en un ngulo mayor, y viceversa.

Inicialmente, un amplificador de error calcula el valor del error de posicin, que es ladiferencia entre la referencia y la posicin en que se encuentra el motor. Un error deposicin mayor significa que hay una diferencia mayor entre el valor deseado y el existente,de modo que el motor deber rotar ms rpido para alcanzarlo; uno menor, significa que laposicin del motor est cerca de la deseada por el usuario, as que el motor tendr que rotarms lentamente. Si el servo se encuentra en la posicin deseada, el error ser cero, y nohabr movimiento.1

Para que el amplificador de error pueda calcular el error de posicin, debe restar dos valoresde voltaje analgicos. La seal de control PWM se convierte entonces en un valor analgico

de voltaje, mediante un convertidor de ancho de pulso a voltaje. El valor de la posicin delmotor se obtiene usando un potencimetro de realimentacin acoplado mecnicamente a lacaja reductora del eje del motor: cuando el motor rote, el potencimetro tambin lo har,variando el voltaje que se introduce al amplificador de error.2

Una vez que se ha obtenido el error de posicin, ste se amplifica con una ganancia, yposteriormente se aplica a los terminales del motor.

Utilizacin
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Par_motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_reductorahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_proporcional&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ancho_de_pulso&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:ControlServo.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:ControlServo.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Par_motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_reductorahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_proporcional&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ancho_de_pulso&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro


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Ejemplos de seales de control utilizadas, y sus respectivos resultados de posicin del servo(no estn a escala). La posicin del servo tiene una proporcin lineal con el ancho del pulsoutilizado.

Dependiendo del modelo del servo, la tensin de alimentacin puede estar comprendidaentre los 4 y 8 voltios. El control de un servo se reduce a indicar su posicin mediante unaseal cuadrada de voltaje: el ngulo de ubicacin del motor depende de la duracin del nivelalto de la seal.

Cada servo, dependiendo de la marca y modelo utilizado, tiene sus propios mrgenes deoperacin. Por ejemplo, para algunos servos los valores de tiempo de la seal en alto estnentre 1 y 2 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0 y 180,respectivamente). Los valores de tiempo de alto para ubicar el motor en otras posiciones sehallan mediante una relacin completamente lineal: el valor 1,5 ms indica la posicin

central, y otros valores de duracin del pulso dejaran al motor en la posicin proporcional adicha duracin.3

Es sencillo notar que, para el caso del motor anteriormente mencionado, la duracin delpulso alto para conseguir un ngulo de posicin estar dada por la frmula:

Donde est dado en milisegundos y en grados. Sin embargo, debe tenerse en cuentaque ningn valor de ngulo o de duracin de pulso puede estar fuera del rango deoperacin del dispositivo: en efecto, el servo tiene un lmite de giro de modo que no puedegirar ms de cierto ngulo en un mismo sentido debido a la limitacin fsica que impone elpotencimetro del control de posicin.

Para bloquear el servomotor en una posicin, es necesario enviarle continuamente la sealcon la posicin deseada. De esta forma, el sistema de control seguir operando, y el servoconservar su posicin y se resistir a fuerzas externas que intenten cambiarlo de posicin.Si los pulsos no se envan, el servomotor quedar liberado, y cualquier fuerza externa puedecambiarlo de posicin fcilmente.4

Terminales

Los servomotores tienen tres terminales de conexin: dos para la alimentacin elctrica delcircuito y uno para la entrada de la seal de control. El voltaje de alimentacingeneralmente es de alrededor de 6 voltios, pues aunque el motor soporta mayores voltajesde trabajo, el circuito de control no lo hace.35

El color del cable de cada terminal vara con cada fabricante, aunque el cable del terminal

positivo de alimentacin siempre es rojo. El cable del terminal de alimentacin negativopuede ser marrn o negro, y el del terminal de entrada de seal suele ser de color blanco,naranja o amarillo.

[Editar]Modificaciones a los servos

El potencimetro del sistema de control del servo es un potencimetro de menos de unavuelta, de modo que no puede dar giros completos en un mismo sentido. Para evitar que elmotor pudiera daar el potencimetro, el fabricante del servo aade una pequea pestaaen la caja reductora del motor, que impide que ste gire ms de lo debido. Es por ello que
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Milisegundohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Servomotor_de_modelismo&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:TiemposServo.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:TiemposServo.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Milisegundohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Servomotor_de_modelismo&action=edit&section=5


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los servos tienen una cantidad limitada de giro, y no pueden girar continuamente en unmismo sentido. Es posible, sin embargo, realizar modificaciones al servo de modo que estalimitacin se elimine, a costa de perder el control de posicin.6

Hay dos tipos de modificacin realizables. El primero es la completa eliminacin del sistemade control del circuito, para conservar nicamente el motor de corriente continua y elsistema de engranajes reductores. Con esto se obtiene simplemente un motor de corrientecontinua con caja reductora en un mismo empaquetado, til para aplicaciones donde no se

necesite del control de posicin incorporado del servo. La segunda modificacin realizableconsiste en un cambio en el sistema de control, de modo que se obtenga un sistema decontrol de velocidad. Para ello, se desacopla el potencimetro de realimentacin del eje delmotor, y se hace que permanezca esttico en una misma posicin. As, la seal de error delsistema de control depender directamente del valor deseado que se ajuste (que seguirindicndose mediante pulsos de duracin variable).6Ambos tipos de modificacin requierenque se elimine fsicamente la pestaa limitadora de la caja reductora.

Esta informacin fue transcrita de la pgina web:wikipedia [4].

2.5 SENSORES

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadasvariables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables deinstrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia,aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc. Unamagnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), una capacidadelctrica (como en un sensor de humedad), una Tensin elctrica (como en un termopar),una corriente elctrica(como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con lavariable de instrumentacin con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo queaprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que lapueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termmetro de mercurio queaprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de latemperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte unaforma de energa en otra. reas de aplicacin de los sensores: Industria automotriz,Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robtica, etc.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son elacceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

Esta informacin fue transcrita de la pgina web:wikipedia [5].

3.- MATERIALES:

2 Servos de rotacin continua o modificados Rueda loca 2 Ruedas (de unos 5cm de dimetro) Adhesivos Fuente de energa o batera de 9 V. Cables de conexin

2 Transistores BC547. 2 Transistores BC557. 2 Transistores BC140. 2 Resistencias 680 2 Resistencias 10k 2 Resistencias 2k 3 Terminales 2 Sensores CNY70 Baquelita
http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/PHhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/RTDhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_humedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fototransistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/PHhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/RTDhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_humedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fototransistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro


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Plantilla.

4.-DESARROLLO DEL SEGUIDOR DE LINEA:

4.1.- CIRCUITO DEL SEGUIDOR DE LINEA

4.2.-POLARIZACION DE LOS TRANSISTORES USADOS EN EL SEGUIDOR DE LINEA

TRANSISTOR BD140 TRANSISTOR

BC547


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TRANSISTOR 556

4.3.-POLARIZACION DE LOS SENSORES USADOS EN EL SEGUIDOR DE

LINEA

(conexin del CNY-70)

IDENTIFICACIN DE TERMINALES

El CNY70 tiene cuatro pines de conexin. Dos de ellos se corresponden conel nodo y ctodo del emisor y las otras dos se corresponden con elcolector y el emisor del receptor. Es importante fijarse bien en el lateraldonde aparece el nombre del sensor, para identificar correctamente cadauno de los pines, a continuacin un esquema:

4.4.- FOTOS DE LA REALIZACIN DEL SEGUIDOR DE LNEA.

Montaje de los elementos en la baquelita.


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Montaje de los sensores CNY 70.

Truncamiento de los servomotores

Desarme del servomotor


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Truncamiento

Quitamos la pestaa de los engranajes para la rotacin de 360 en elservomotor.

Colocacin de la rueda en el servomotor.

Acoplamiento de la rueda al seguidor de lnea.


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Acoplamiento de todos componentes a la carcasa del seguidor de lnea.

5.-CLCULOS DE LA CORRIENTE EN EL SEGUIDOR DE LNEA

Datos:

Vcc=6V

Vbe=0.6v

dc1=200(Hojas de datos)

Clculos:


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V=Vcc-VBE

V=6-0.6

V=5.4 V

I=VR

I=5.4V10K

I=0.54mA

Ic1=dc1Ib1

Ic2=dc2Ib2

Ic2=dc2Ic1

Ic1=Ic2dc2

ENTONCES

Ic2dc2=dc1Ib1

Ic2=dc1dc2Ib1

Ic2=2002000.54mAIc2=21.6A

Ic2=Ic3

Ib1=2000.54mA

Ib1=0.108A

Ic1=2000.108

Ic1=21.6A

Ib2=Ib1=0.108A

Ie2=21.6A+0.108A

Ie2=21.708A

Ib3=Ic3dc3=21.6A200=0.108AIe3=Ic3+Ib3

Ie3=21.6A+0.108A

Ie3=21.708A

6.-PRESUPUESTO DEL SEGUIDOR DE LNEA

CANT DESCRIPCION V.UNITARIO V.TOTAL

2 CNY70 1.95 $ 3.90 $

3 BARRERAS DE2 0.28 $ 0.84 $

2 SERVO MOTOR 13 $ 26 $2 RUEDAS

PEQUENAS2.50 $ 5 $

1 RUEDA LOCA 0.85 $ 0.85 $

2 BD140 0.45 $ 0.90 $

6 RESISTENCIAS DE1/4

0.02 $ 0.12 $

4 TRANSISTORES 0.08 $ 0.32 $


13/13

1 BATERIA 6V 6.50 $ 6.50 $

TOTAL 44.43 $

7.-RECOMENDACIONES Encontrar una carcasa adecuada para adecuar la plataforma del circuito Probar el robot en una pista que se encuentre limpia donde sea muy visible la lnea

negra de la blanca.

8.-CONCLUSIONES El funcionamiento del robot fue adecuado a la meta propuesta. Se demostr que a pesar de que se usaron componentes bsicos de electrnica son

suficientes para realizar un proyecto interesante y vistoso. El robot cumple las expectativas esperadas a dems este sirve como base para

adentrarse en el campo de la electrnica y robtica. Gracias a este robot seguidor de lneas los alumnos han desarrollado habilidades y

destreza para su construccin, adems de que despertaron su imaginacin ycreatividad mas all de lo que se esperaba.

9.-BIBLIOGRAFA

[1]INTERCON2011, SEGUIDORES EN LNEA,http://www.intercon2011.org/concursos/robots/categorias/seguidor ,FECHA DE CONSULTA: 10/01/2012.

[2]Wikipedia, funcionamiento,http://es.wikipedia.org/wiki/Robot_seguidor_de_l%C3%ADnea , FECHADE CONSULTA: 10/01/2012.

[3]UNICCROM, TRANSISTORES, http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp,FECHA DE CONSULTA: 10/01/2012

[4]WIKIPEDIA, SERVOMOTORES,http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor_de_modelismo,FECHA DE CONSULTA: 10/01/2012

[5]WIKIPEDIA, SENSORES,http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor,FECHA DE CONSULTA:10/01/2012
http://www.intercon2011.org/concursos/robots/categorias/seguidorhttp://www.intercon2011.org/concursos/robots/categorias/seguidorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Robot_seguidor_de_l%C3%ADneahttp://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor_de_modelismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://www.intercon2011.org/concursos/robots/categorias/seguidorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Robot_seguidor_de_l%C3%ADneahttp://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor_de_modelismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

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