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EXPERIMENTOS DEEXPERIMENTOS DEEXPERIMENTOS DEEXPERIMENTOS DEEXPERIMENTOS DE

Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas Pagina 194

CAPITULO 6CAPITULO 6CAPITULO 6CAPITULO 6CAPITULO 6

ROBOTICA

Este es un robot del tipo BEAM, que es elacronimo Biology, Electronics, Aesthetics andMechanics, es decir, Biología, Electrónica,Estética y Mecánica. Son pequeños robotsconstruidos con pocas partes y que efectúancomportamientos complejos.

MATERIALES

2 Transistores 2N3904

2 motores pager, alta-eficiencia motor

2 Transistores 2N3906

2 blinking LEDs (verde o rojo)

2 capacitores de tantalio, 0.22uF

1 panel solar, 3 voltios

2 Soportes para motor pager

2 resistores 3.3k Ohms, 1/4 watt, 5%

2 resistores 33k Ohms, 1/4 watt, 5%

1 capacitor, 2200uF, 16V

Alambre de cobre y tubos Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas Pagina 195

Los primero que debemos hacer es balancearlos fleds (fled: flashing led). Para balancearlos ojos del robot debemos usar FLEDs con lamisma resistencia, para esto se hace asi:

Colocamos el tester en modo para medirresistencia, ponemos el FLED en un lugarobscuro (caja de rollo de película) y medimosla resistencia y anotamos.Luego se agrupan los FLEDs con la mismaresistencia.

Robot Insecto SolarRobot Insecto SolarRobot Insecto SolarRobot Insecto SolarRobot Insecto Solar(Fred)(Fred)(Fred)(Fred)(Fred)

Busca la Luz

Experimentos para Ferias de Ciencias - M. VargasP Pagina 196

COMO SE ARMA

1 2N3904, dobla la pata del medio hacia ti.Las letras del transistor hacia ti y las patashacia abajo. Nota que cada pata tiene una letraE (emisor) B (base) C (colector).

2 2N3906, Dobla la tercera pata (colector)hacia fuera

3 Suelda los transistores haciendo que laparte con letras vaya hacia el centro.

4 dobla las patas de ambos transistores2N3904 : el co lector hacia arriba.2N3906 : la base hacia arriba.

5 suelda el resistor de 3.3k Ohms

6 suelda el resietor de 33k Ohmios (1 pata)al C3904 (colector del 2N3904) , prepara unloop (rizo) deel C3904, que será usado paraconectar al motor (C3904 loop)

7 suelda el capacitor cerámico de 0.22uF(224) como s muestra (puedes usar hastamenos de 0.001uF (102). Yo uso uno de0.022uF (223) ) En los capacitores de tantalio,las marcas ++ muestran el positivo, que debeir al resistor dee 3.3K. El negativo va al resis-tor de 33K.

Loop paraconectar al motor

Marca de ++

Pata más larga Marca de ++Indicador de polaridad++

8 dobla las patas, tendrás el cerebroizquierdo del bicho. E3904 va a las patas - delos capacitores. E3906 va a la pata + Hay quehacer un loop para la coneccion al motor(E3906 loop)

9 dobla las patas, es el cerebro de laderecha del bichoLas patas para el cerebro izquierdo se doblanhacia un lado y las del derecho al otro. E3904va a la pata - de los capaci toresE3906 va a la pata + . Debes además hacerun loop para la pata del motor.

10 Prepara el motor y su sujetador. Usaalambres de cobre para conectar al motor/sujetador, sujeta el motor en los alambres siasí lo deseas, incluso puedes usar pegamento.Dobla los alambres positivos +ve de loscapacitores y haz lo mismo con los soportesdel motor. El largo óptimo es de unos 30 mmdel motor a la patita depositiva +ve de loscapacitores.


11 Sujetamos los alambres de cobre a losmotores y capacitores simplemente doblandola patita positiva +ve. Hay que usar muchasoldadura o pegamento para sujetar bien. (Loscables del panel solar se deben soldarprimero)

12 Quita la proteccion del capacitor paraque se vea más interesante.

13 Suelda las patas del motor a su cerebroel cable azul del motor izquierdo va a pataE3906 del cerebro izquierdoel cable rojo del motor izquierdo va a pataC3904 del cerebro izquierdo el cable azul delmotor derecho va a pata C3904 del cerebrod e r e c h oel cable rojo del motor derecho va a la pataE3906 del cerebro derecho

CerebroIzquierdo

Loop paraalambre del

motor

Loop para conectara los motores

- Negativo+Positivo

Cerebro Der

Cerebro Izq.cables para el motor

cables para el motor


14 Suelda el cerebro izquierdo, luego el cerebro derecho E3904 va a la patita negativa (-ve)del capacitor E3906 va a la pata positiva +ve.

15 Suelda el ojo izquierdo (FLED), luego el derecho

16 Finalmente el panel solar suelda las patitas y pega con buen pegamento epóxico laspatas al panel maneja con cuidado y no jales las patas para ver si están bien pegadas.

17Puedes usar prensas C miniatura para su je tar los cablecitos.suelda los alambres de cobre primero en el posit ivo +ve y negativo -veaplica pegamento en los cables (en este caso, café & blanco) panel so lar ,dejamos secar toda la noche y quitamos la prensa C.

MotorIzquierdo

Motorderecho

Catodo parteplana

Anodo pata máslarga

Parte plana Ojo izq Ojo derechoParte plana

Cerebro Der

Al panel solar

Encolar


18 Dobla las patas positivas + ve hacia abajo como soporte frontal coloca unos tubitos degoma y l isto !! Atencion, maneja al robot por su cola (capaci tor)o su ojo (fled)

Soldando el panel solarSe usa el método de “bajatemperatura” para soldar losalambres.1. Calienta el soldador2. Desconéctalo por unos 20segundos

3. Coloca los cables encima de lasláminas, usa prensas C4. Suelda los cables5. Vereifica si los cables conducen

electricidad6. Si es así aplica pegamento7. Si no, limpia y vuelve a soldar8. No jales los cables9. Luego de dejar secar elpegamento una noche, quita laprensa.

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Pata positiva +

El robot que se ve arriba es un robot para aquellas personas que ya tienen algo de experienciacon los circuitos electrónicos. En el comercio se venden kits de robots con toda las partes listaspara armarlas y no se necesita mucho conocimiento de electrónica. En las fotos se puede veruno de tales kits. Este robot del tipo BEAM es un robot autónomo que es manejado enteramentepor energía solar. Es fototrópico, lo que significa que busca la funet de luz más fuerte de suentorno que, a su vez, le da más potencia. El primer paso antes de construir el robot es estudiarel circuito de abajo.

Robot FotovoroBusca la Luz


MotorDerecho

Motor Izq

OjoDerecho

OjoIzquierdo

Cel

daSo

lar


Esta es una representaciòn gráfica. El orden de construcciòn debe ser de la siguientemanera:

1 = Negro2 = Rojo3 = Azul4 = Verde5 = Marrón6 = Purpura7 = Naranja8 = Amarillo

PotenciometroFotodiodo

Fotodiodo

Capacitor Celda solar


LISTLISTLISTLISTLISTA DE PA DE PA DE PA DE PA DE PARARARARARTESTESTESTESTES 2 Detectores de Volyaje Panasonic 1381J 2.6V-2.9V

2 Fotodiodos.

2 Capacitores de .22uF

2 Transistores 2N3904 NPN

2 Transistores 2N3906 PNP

2 Resistores 2.2K ohm

1 Capacitor eletrolitico de 4700uF

1 Potenciómetro 100K ohm

2 Motores Pager o pequeños motores de grabadora

1 Celda Solar de 3 v

Es proferible hacer primero el circuito en un breadboard para no hechar a perder componentes


Se comprueba el circuito poniendo el potenciómetro al medio y colocando bajo una luz. Uno delos motores debería estar funcionando a saltos. Cuibre un fotodiodo y luego el otro con losdedos, giran ambos motores? Si todo funciona bien puedes continuar con el robot.CONSTRUCCIONCONSTRUCCIONCONSTRUCCIONCONSTRUCCIONCONSTRUCCION

Se construirá el circuito con el método de libre formato.Primero de todo debemos encolar con un buen pegamentoinstantaneo (la gotita,etc) los trasistores 1381 cara contracara (lado plano) luego los dos 3906 y los dos 3904, luegose los pega todos en un solo bloque.

Se hace una conección de tierra, que es un alambritoque suelda al 3er pin 3 de ambos 1381 y los emisores deambos 3904. Estos cuatro pines necesitan estarconectados.


Ahora se hace una conección delpositivo. Como la pata (pin) central delpotentiometro está conectado al positivo,este es un buen momento de encolarlo alos transistores. Suelda la pata delpotentiometro a los Emisores de los 3906y deja un corto trozo de alambre quesobresalga. Lo necesitarás después paraconectar otros componentes.

Ahora se pueden hacer o trasconecciones. Suelda el pin 1 del 1381 enel Colector del 3906 y la Base del 3904.Haz lo mismo con el otro lado.

Mira a menudo a los dibujos del circuitopara no equivocarte. Es di fícil hacercorrecciones.

Vista desde atrás de losmismos componentes


Ahora colocamos los ojos. Se usanfotodiodos. Hay que asegurarse de lapolaridad. El ánodo va a los terminales delpotenciómetro y el cátodo al pin 2 de los1381.

Instala los capacitores de losterminales cátodo de los fotodiodos a laconección a tierra que se hizo en primerlugar.

Fotodiodo

Capacitor

Capacitor El cerebro completo se lo ve en lafoto de abajo. Los resistores de2.2K se instalan desde la base del3906 al Colector del 3904 en am-bos lados. Deja un trozo decablecito en los lados de losresistores para conectar alcolector (3904) para que vaya a losmotores. Estos resistores de 2.2Kson para que ajustar y permitir quelos circuitos trabajen de la mejormanera posible con los motoresque obtengas. Se debeexperimentar para obtener buenosbuenos resultados. Compruebaque no hayan cortos o coneccionesmalas.


Aquí se ven todos los componentes.Nota el capacitor de 1000uF. En realidades un poco pequeño, debes usar uno dedimensiones mayores.

Los pasos finales. Suelda la patapositiva del capacitor al positivo de la celdasolar y el negativo al negativo de la celdasolar. El capacitor tiene las marcas + y -Ahora suelda la coneción positiva a laconección positiva (rojo) y la conecciónnegativa a tierra (blanco). Toma uno de losmotores y conecta a la conección en rojo yla otra a la de color verde, el otro motor seconecta a las terminales rojo y azul. Elprimer motor es de la parte de recha y elotro motor va a la izquierda. Finalmente,coloca el robot bajo una lámpara para vercomo reacciona.

Tierr

aPo

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quie

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Pata

Der

echa

Las monturas de losmotores se pueden hacer detubos de aluminio o cobre.También se puede sujetar losmotores con un alambredelgado.


El robot terminado visto defrente.

El robot visto de atrás. Laparte amarilla que sale del ejedel motor es un trozo deaislamiento de un cable.Sirve para que el eje noresbale en la superficie

Otra configuración del mismo robot.Nota los soportes de los motores.

Este es un proyecto relativamente simple, se trata de un robot tipo walker, es decir que caminasobre cuatro patas al igual que un insecto, es por eso que se cataloga como robot BEAM. Esterobot se basa en uno similar diseñado por el canadiense Jérôme Demers y tiene las siguientescaracterísticas:

* Sigue el principio K.I.S.S. (“Keep It Simple, Stupid” del inglés Que Sea Simple y Estúpido).Este robot usa usa un circuito de control simple, un solo servomotor, y un solo engranajepara crear un caminante de cuatro patas.

* Se demuestra el uso de un popular circuito, el BEAM Bicore un circuito timer de dosnodos que envía una señal de control hacia atrás y adelante entre los nodos creando unmovimiento adelante y atrás en el motor y los engranajes y por tanto a las patas dealambre sujetas a los engranajes.

MATERIALES

Este proyecto requiere materiales que no se encuentran en la casa a no ser por el alambre que se obtiene de uncolgador de ropa. Todo lo demás se debe comprar en una tienda especializada en electrónica

LISTA DE PARTESn (1) Servo motor de una tienda de hobbyn (1) Engranaje de plastico de 4cm (se puede usar uno de mayor o menos tamaño)n (1) 30 cm de alambre de un colgador de ropa o alambre de cobre No 10n (1) Tubo de plastico de 1cm de diametro se puede usar el plástico del alambre de colgar ropan (1) Bloque de terminalesn (2) Portapilas para pilas AAA cada una para dos pilasn (1) Trozo de tubo de 1cm diametron (2) .22 µF capacitores monoliticosn (1) 100K a 10M? resistor (se recomienda uno de 3.2M)n (1) Circuit integrado 74HCT240 (IC)n (1) socket de 20-pines DIP IC

ROBOT CAMINANTEDE 1 MOTOR

Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas Página 208

CONSTRCONSTRCONSTRCONSTRCONSTRUCCION EN FORMAUCCION EN FORMAUCCION EN FORMAUCCION EN FORMAUCCION EN FORMATTTTTO LIBREO LIBREO LIBREO LIBREO LIBRE

Usaremos el circuito intergado 74HCT240. Este chip es un buffer octal inversor. Es decir quees un chip con ocho compuertas logicas que invierten las señales que les llegan. Todo se invierte,entonces una señal baja se vuelve una señal alta y una señal alta se vuelve una señal baja. Alcombinar las tres compuertas en un lado y las tres del otro lado (soldando los pins o patitas delchip). la señal que pasa hacia atrás y hacia adelante entre los dos nodos envía pulsos altos ybajos (o “on” y “off”) a nuestro servo motor. El resultado es un movimiento oscilatorio del eje delmotor que se transminte a los engranajes y de estos a las patas hechas de alambre grueso.

En la foto se puede ver el circuito construido en un breadboard se usan capacitores de .22µF.

Primero se debe armar en un breadbord con cablecitos llamados jumpers. Lo primero quedebemos conectar son los capacitores y el resistor, para esto debemos asumir que el pin(pata) en la parte superior izquierda del CI es el 1 (el pin a la izquierda de la muezca en elintergado). Por tanto siguen los pines 2–10 en la parte izquierda y a la drecha del 11 al 20, seconecta de la siguente manera:

* Lado izquierdo del integrado: 4-6, 3-4, 5-7, 6-8, 7-9* Lado derecho del integrado: 14-16, 13-15, 12-14, 11-13, 15-18* De izquierda a derecha: 1-19* Capacitores: 2-3 y 18-17* Resistor (sobre el integrado): 2-17

lo último qye hay que hacer es conectar el positivo (+) desde el pin 20 al positivo de una fuentede poder como pilas o transformador y los clables de tierra (-) al pin 1 y a la coneción delnegativo de la fuente de poder. Hay que asegurarse que los pines (1 y 10) van al negativo.


Como se debe hacer una fuente de alimentación o fuente de poder con cutrao pilas y dosportapilas. Cada una de las portapilas debe ir a los lados del robot. Notemos que se debeincluir un interruptor

Soldando el Circuito en Formato Libre

Ahora podemos soldar en formato libre siguiendolos siguientes pasos:

1. Se toma el socalo de 20-pines y se lo da la vuelta.Usando unos alicates pequeños se doblan lospines 1 y 19 de manera de que casi se toquen.Luego se doblan los pines 2, 5, 7, 9, y 10 haciaafuera. Doblar los pines 6 y 8 hacia adentroi. Lospines deben estar muy rectos. Ahora se doblanhacia afuera los pines 12, 14, 16, 17, y 20. Luegose doblan hacia adentro los pines 11, 13, 15, y 18.Podemos guiarnos por las fotos.

Procedemos a soldar los pines 1 y 19 colocandobastante soladadura para tapar la brecha entre laspatas o pines.

Ahora se sueldan los pines 3 y 4. Ver la foto al lado.Suelda los pines 6, 8 y 4 (que se soldó al pin 3)Se usa un cable largo para conectar los pines 6 y8 a los pines 3/4.

Soldar los pines 11, 13, 15, y 18 con un cablecito.

Pines 1 y 9

Pines 3 y 4

Pines 6, 8 y 4

Pines 11, 13,15 y 18


Con un cable aislado se conectan el pin 10 a los pines 1 y 19. Se coloca la suficiente soldadura.

Ahora soldamos los pines 5, 7, y 9 con un trozo de cable.

Soldar los pines 12, 14, y 16 con un trozo de cable pelado.

Pines 10, 1 y 19

Cable aislado

Pines 5, 7 y 9

Pines 12, 14 y 16

Tomamos los capacitores monoliticos de .22µF y soldamos uno a los pines 2 y 3 y el otrocapacitor a los pines 17 y 18. Se debe usar bastante soldadura de manera que se los puedamanipular sin desoldarlos.


Colocamos finalmente el resistor. En esta etapa ya se habrá experimentado con el mejor valorusando el breadboard nosotros usamos un valor de 3,2 Megaohmios. El resistor se suelda a lospines 2 y 17, haciendo un puente.

Finalmente invertimos el socalo y colocamos elcircuito integrado sobre este. Se debe tener cuidadode que todas las patitas (pines) ingresen en susrespectivos orificios.Con esto ya tenemos listo el circuito controlador delrobot caminante.

Pasaremos a hacer el cuerpo del robot:

Primero debenmos tomar un servo motor, es decirun motor con engranajes de reducción, tal como seve en la figura de al lado.

Luego tomamos un engranaje grande, de unos 4 cmmás o menos, el cual cortaremos por la mitadexactamente con ayuda de una sierra muy fina, o unalambre caliente.

pines 2 y 3

pines 17 y 18pines 2 y 17


Una vez que tenemos las dos mitades del engranajedebemos tomar una de las mitades y pegar con unpegamento muy fuerte el volante del servomotorFigura 1.

En la otra mitad se pega un tubo de plástico Figura3.

La primera mitad del engranaje se sujeta al servo-motor tal como se ve en la figura 4.

Ahora debemos conseguir un ejej de alambregrueso que tenga el mismo diámetro que el tuboque encolamos en la segunda mitad del engranaje.Este alambre se lo sujeta al cuerpo del servomotordoblando un trozo en un ángulo de 45 grados. Parafijar el alambre se usa pegamento epóxico. (Del quese usa en dos mitades, Poxilina o poxipol). Tal comopuede verse en la figura 5.

Tomamos la otra mitad del engranaje y la colocamosen el eje de alambre que se ha encolado al cuerpodel servomotor. Los d ientes deben encajarperfectamente tal como se ve en el dibujo 6.

Ahora se toman dos portapilas y se las sujeta conpegamento a los lados del servomotor tal como seve en la figura 7.

1

2

3

4

5

6

7


Se toman dos trozos de alambre grueso (decolgador de ropa) y los dobla como semuestra en los dibujos. La forma exacta delas patas del robot se encuentra haciendopruebas.

A continuación se pegan las patas usandopegamento epóxico a los engranajes tal comose ve en la figura

8

9

Patas traseras Patasdelanteras

Finalmente se coloca elci rcu ito integrado yaarmado en formato librey se procede a soldar losterminales de las pilas.


Alinear orificios

FOTOS QUEMUESTRANTODOS LOSPASOS


En la parte de abajo se puede ver el circuito completo de este robot


Finalmente nos queda hacer las conecciones de la batería al cirucito que henmos preparadopreviamente de la siguiente manera:

El cable positivo que parte del interruptor debe ir al pin 20. El cable positivo del motor debe ir alpin 9. El cable negativo (generalmente negro) que sale de la batería debe ir al pin 10. Y el cablenegativo que sale del motor debe ir al pin 12. Tal como se ve en la figura de abajo.

El cable positivo que partedel interruptor debe ir al pin20

Positivo del motordebe ir al pin 9 Negativo (generalmente negro) que

sale de la batería debe ir al pin 10

Negativo quesale del motordebe ir al pin 12

Lo unico que queda es hacer funcionar el robot, simplemente se lo coloca en una mesa, seacciona el interruptor y se observa mientras camina. Si notamos que resbala, se pueden colocartubos de goma al extremo de las patas, tal como se ve en la foto. Si no camina adecuadamente,se debe variar la forma de las patas doblando un poco cada vez hasta encontrar la formaadecuada.


ROBOT RATONVamos a comenzar con un robot muy sencillo de construir, es el robot ratón. Se llama así debidoa que tiene la característica de seguir un trayecto a lo largo de una pared. Esto se debe a quetiene un “sensor” que no es más que un switch (interruptor) de tipo SPDT. Al comprar en la tiendade electrónica debemos tener cuidado de pedir ese y no otro interruptor.Abajo se puede ver el circuito y la disposición de los componentes en un trozo de plástico.

Pila o bateríade 9 voltios

Como se colocan loscomponentes en unchasis de plástico

Notemos que el interruptor tiene soldado un alambre de acero o declip para papel que funciona como “antena”

Bateria de 9 voltios

Ruedas

Servo mecanismoRueda

Esfera deplástico

Bateria de 9 voltios


Componentes del robot- 2 motores de 1.5 Volts- 2 clips para papel- 2 baterias AAA o AA- 1 soporte de batería AAA o AA- 1 metro de cable- 2 micro interruptores SPDT

1 Cortamos el cable en piezas de 6cm cada una, unas13. Pelamos 1 cmen cada extremo.

2 Reagrupamos todos loscomponentes.

3 Soldamos los cables a cadacomponente con excepción delas pilas.

SENCILLOROBOT

ESCARABAJO

Motores

Soporte de pilasInterruptores SPDT

Pilas


4 Tomamos el soporte de las pilasy hacemos una conección a laconección del centro. Con estotendremos una tercera conección.

5 Volteamos el soporte de las pilasde manera que las pilas esténcabeza abajo. Se encola los dosinterruptores al soporte.

6 Se encolan losmotores a loslados del soportede pilas, los ejesdeben tocar elsuelo.

7 Cómo hacer las conecciones

Conección Tercera conección

Interruptores

Pilas Tercera conección

Interruptores

Encolar con silicona caliente

Este extremo tieneque estarconectado a latercera coneción.(Ver paso 4)


9 Doblar el clip paraformar las antenas delinsecto. Se suelda cadaantena en la partemetálica de cadai n t e r r u p t o r .

10 Ahora se colocanpilas en el soporte y sehace la primera pruebadel robot escarabajo.

Las antenas funcionancomo detectores, sichocan contra algo el ro-bot lo esquiva y toma unanueva dirección.

Se debe colocar 1 cm de tubitode plástico, o tubo de goma paraaislar, a cada eje de los motores.Esto le da un mejor “agarre” algirar. También se pueden usaresferitas de goma.

Soldar lasantenas a losinterruptores


Pagina 223 Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

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EXPERIMENTOS PARA

FERIAS DE CIENCIAScon materiales caseros y

recicladospara Nivel: Medio y Universitario

Autor:Miguel Antonio Vargas Palomeque

Pagina 224 Experimentos para Ferias de Ciencias - M. Vargas

“En el principio creó Dios los cielos y latierra.

Y la tierra estaba sin orden y vacía, y lastinieblas cubrían la superficie delabismo, y el Espíritu de Dios se movíasobre la superficie de las aguas.

Entonces dijo Dios: Sea la luz. Y hubo luz. Y vio Dios que la luz era buena; y separó

Dios la luz de las tinieblas.Y llamó Dios a la luz día, y a las tinieblas

llamó noche. Y fue la tarde y fue lamañana: un día.”

Genesis 1, 1-5

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