Diseo de parte sensorial del robot de velocidad. Objetivo:

Elegir un sensor adecuado para el robot de velocidad que cuente con las siguientes caractersticas:

alta sensibilidad de distincin entre el color blanco y negro inmunidad a cambios de iluminacin de ambiente poco consumo de potencia estabilidad en valores de voltaje que entrega.

Introduccin: Antes de la eleccin de los sensores se requiri de un anlisis de la capacidad de los sensores a detectar la lnea y el ambiente que rodear al robot, ya que a partir de ello se puede elegir los sensores con caractersticas que ms nos convengan para el robot. De esta manera se pretende colocar tres o cinco sensores en la parte delantera del robot, en frente de las llantas delanteras, para que el sistema de control tenga el tiempo necesario de actuar inmediatamente despus de deteccin de alguna alteracin en el camino.

As los tres o cinco sensores detectarn un voltaje dependiendo de la presencia o ausencia de la lnea y mandarn un voltaje al controlador. Se pretende hacer un comparador para cada uno de los sensores para que en caso de que detecte un nivel bajo este se interprete como un cero y si se detecta un nivel alto de voltaje, ste se considere como un uno. De esta manera se pretende generar un nmero binario con los tres sensores, creando una tabla de verdad de 2nmero de sensores (3 o 5).

Para realizar el seguimiento de la lnea, se colocarn 3 o 5 sensores (para fines ms prcticos se ejemplificas solo utilizando tres de ellos). El sensor central detecta la lnea y los laterales no, cuando cambia la direccin el central deja de encontrar la lnea y pasa el control a uno de los laterales, lo que informar a la PALM o que la direccin de la lnea a cambiado o que el robot se ha salido de la lnea. De esta manera con el sistema de control se producir la correspondiente correccin de direccin para que el sensor central vuelva a detectar.

Este nmero binario tambin indicar el grado de giro y la direccin de giro que se le dar a la llanta delantera. Debido al propuesto diseo se espera tener una arquitectura reactiva para nuestro robot que su funcionalidad guiar bajo el siguiente diagrama de bloques:

De esta manera dependiendo del nmero binario que se sensar por medio de los sensores se dirigir el sistema de control a alguna accin en especfico, que ser avanzar, girar la rueda delantera para direccionar el robot, parar o girar las ruedas para el retroceso. Desarrollo: Durante la bsqueda de los sensores infrarrojos y de luz que se pudieran adaptar para las necesidades del robot de velocidad se han encontrado los siguientes:

1. 276-137B de Radio Shack 2. CNY70 Vishay Telefunken 3. IRM8100-3M 4. OPB608 5. Emisor y fototransistor infrarrojo

De las cinco propuestas solo se ha tenido acceso a dos de ellos, que fueron el sensor CNY70 y el emisor y receptor infrarrojo. A continuacin se describe su funcionamiento. a) Sensor CNY70. El CNY70 es un sensor ptico reflexivo que tiene una construccin compacta dnde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma direccin para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexin del infrarrojo sobre el objeto. La longitud de onda de trabajo es 950nm. El detector consiste en un fototransistor. Tiene que estar a unos 3mm de distancia hacia el objeto a observar. El principio de funcionamiento del sensor:

El principio en el que se basa el funcionamiento del sensor CNY70 es en la emisin de un haz de luz infrarroja por medio del diodo emisor. Dicho haz de luz se refleja sobre una superficie llegando as a la base del fototransistor. De esta manera a medida que la superficie reflejante ser ms clara mayor corriente se producir a travs del fototransistor y as se obtendr mayor voltaje a la salida y mientras ms obscura ser la superficie menor ser la intensidad de rayo infrarrojo reflejado por lo que el voltaje de salida en el fototransistor ser menor. Las aplicaciones tpicas del sensor son: Escner optoelectrnico y detector de movimiento de objetos es decir, sensor de ndice, lectura de discos codificados etc., (codificador optoelectrnico montado como sensor de cambio de marcha) El diagrama de CNY70 es el siguiente:

El CNY70 tiene cuatro pines de conexin. Dos de ellos se corresponden con el nado y ctodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor. Los valores de las resistencias son tpicamente 10K ohmios para el receptor y 220 ohmios para el emisor.

Vista externa Vista interna

Diferentes posibilidades de montaje del CNY70

El CNY70 devuelve por la pata de salida correspondiente, segn el montaje, un voltaje relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para el montaje A, se leer del emisor un '1' cuando se refleje luz y un '0' cuando no se refleje. Para el montaje B los valores se leen del colector, y son los contrarios al montaje A.

Si se conecta la salida a una entrada digital del microcontrolador, entonces obtiene un '1' o un '0' en funcin del nivel al que la PALM o el microcontrolador establece la distincin entre ambos niveles lgicos. Este nivel se puede controlar introduciendo un buffer trigger-schmitt entre la salida del CNY70 y la entrada del microcontrolador. Este sistema es el que se emplea para distinguir entre blanco y negro, lo cual nos servir para la deteccin de la lnea a seguir en la competencia.

Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analgica. De este modo, mediante un conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la deteccin dinmica de blanco y negro (muy til cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminacin).

Diagrama y el funcionamiento del circuito a emplear: El fototransistor conducir mas, contra mas luz reflejada del emisor captada por su base. La salida de este dispositivo es analgica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada, as pues para tener una salida digital se podra poner un disparador Trigger Schmitt y as obtener la salida digital, pero diseo esto tiene un problema, y es que no es ajustable la sensibilidad del dispositivo y los puntos de activacin de histresis distan algunos milivolts uno del otro. Para resolver este problema se utilizar el siguiente circuito basado en un amplificador operacional configurado en modo comparador, en la salida del circuito obtendremos una seal cuadrada lista para su interconexin con la entrada de cualquier Microcontrolador.

La sensibilidad del circuito es ajustable mediante la resistencia variable de 10k. La salida del LM358 varia de 0V para nivel lgico 0 a unos 3,3V para nivel lgico 1, con lo que puede ser llevada directamente a un disparador trigger schmitt para conformar pulsos de niveles TTL de 0 a 5V si fuese necesario.

b) Emisor y receptor (fototransistor) Infrarrojos. Se considera en el diseo del robot los emisores y receptores infrarrojos que son fciles de usar y son muy sensibles a los cambios de color en la pista. El receptor, que es en s un fototransistor con filtro de luz de da, tiene la ventaja que posee un filtro de luz tal que a pesar de los cambios en la intensidad de luz del ambiente detecta el haz de luz infrarroja sin problemas, dando una respuesta en voltaje igual a todas las condiciones. El circuito usado para este tipo de sensores es el siguiente:

Pruebas y comparacin de los sensores de luz. En el laboratorio se han construido los circuitos necesarios para ambos tipos de sensores y se ha puesto a prueba los dos. A continuacin se presenta la tabla de resultados y conclusiones en base al comportamiento de cada uno de los sensores:

Comparacin del comportamiento de los sensores Funcin CNY70 Sensores Infrarrojos

Deteccin de colores: Blanco Negro Lnea

12mV 1mV 5mV

1.8474 volts 0.145 0.16 volts 1.24 1.26 volts

Deteccin de colores (comparacin)

Al detectar la diferencia entre los colores (blanco negro la lnea) no hay variacin en los voltajes de salida. Siempre se obtiene

Al sensar el color de la superficie reflejante, se obtienen rangos de voltaje que vara constantemente a pesar de que la superficie se

220

5V

Q2NPN

Q1

R447k

220220

5V

el mismo valor de voltaje para dada situacin.

encuentra fija ante los sensores.

Inmunidad a cambio de luz Buena (con variaciones de 1mV para deteccin de color blanco y la lnea, en color negro no hay cambios permanece el 1mV)

Buena (no hay variacin en los voltajes, solo las variaciones presentes normalmente)

Colocacin de sensores Es muy sencilla, tanto el emisor y detector estn colocados en un integrado, por lo que la separacin entre ellos es tan solo de 1mm, con ello se logra sensado de color ms preciso.

Para colocar estos sensores se necesita al tanteo posicionarlos de tal manera que el emisor emita el haz hacia el receptor. Esto produce que el ngulo de posicin no siempre se podr colocar adecuadamente para utilizar el 100% de los sensores.

Voltaje de alimentacin

El sensor se alimenta con 5 volts y requiere de un circuito amplificador adicional que ser realizado con BJTs o con amplificadores operacionales.

Los sensores requieren de un circuito amplificador con una alimentacin de 5 volts.

Dimensiones

Se trata de un cubo de 7 mm por lado

El espacio ocupado por el emisor y el receptor es de 1 cm

Conclusin Es ms estable a los cambios en la superficie reflejante y se aprovecha ms espacio de la regin de sensado.

Es menos estable a cambios en la superficie reflejante, requiere de un adecuado posicionamiento de los sensores, los rangos de voltaje obtenidos por el sensor son variables.

Ubicacin de los sensores en el robot. Los tres o cinco sensores a emplear se colocarn en la parte delantera del robot, a una separacin de 2 a 3 cm de la rueda delantera. La colocacin de los sensores se muestra en la siguiente figura:

Bibliografa:

1. http://www.ii.uam.es/~mecatron/index.php3?seccion=4&pagina=5 2. http://www.x-robotics.com/sensores.htm#Reflexivo CNY70

SENSORES

Las aplicaciones tpicas del sensor son:Comparacin del comportamiento de los sensoresFuncinConclusin