Construcción de un robot velocista

Una de las actividades en la que estamos más centrados es en el desarrollo de robots velocistas. Entre todos estamos consiguiendo una buena colección y aunque Jorge ha resultado ser un rival muy duro, hacemos lo posible por ponernos a su altura y en un futuro cercano presentarnos en alguna competición.

En esta entrada vamos a ver como se puede construir desde cero uno de estos robots sin necesidad de excesivos medios técnicos ni conocimientos, tan solo un poco de maña y una pequeña base de electrónica.

Lo primero que vamos a construir es la placa con los sensores. Todo robot velocista necesita de unos sensores para “ver” el circuito por el que va a moverse. Los sensores más habituales son los CNY70, que son unos sensores de contraste. Estos sensores se componen de un emisor y un receptor de infrarojos de forma cuando se ponen frente a una superficie, en función de lo oscura que sea reflejará más o menos los infrarojos. Como los circuitos de los velocistas se hacen con una línea muy contrastada (blanco sobre negro o al revés) estos sensores permiten determinar muy facilmente si lo que tienen debajo es la línea o no.

Debido a las curvas del circuito y otras posibles alteraciones durante el recorrido, el robot se irá descentrando respeto a la línea, por lo que es necesario tener un conjunto de sensores CNY70 que permitan determinar hacia qué lado nos desviamos y a qué velocidad.

En la siguiente imagen se puede ver el montaje de 9 sensores CNY70 sobre una placa de topos.

La forma de conectar y leer un sensor CNY70 se puede ver en detalle aquí.

Estos sensores se pueden encontrar en cualquier tienda de electrónica por unos 50-80 céntimos.

Las placas de topos se pueden encontrar también en tiendas de electrónica, aunque comprando varias salen mucho más baratas en ebay.

La alternativa a este sistema casero para construir una barra de sensores, sería diseñar una placa de circuito a medida o usar barras de sensores prefabricadas, como las que vende Pololu.

En las siguientes imagenes se puede ver la placa desde el otro lado, en el que hay puesto una tira de pines hembra para leer la salida de los sensores CNY70. Además en la parte delantera he colocado una trozo de cartón pluma a modo de parachoques para proteger un poco al robot de impactos accidentales. El cartón pluma es un material rígido pero blando y muy ligero, que se puede encontrar en casi cualquier papeleria.

El cartón pluma sobresale ligeramente por encima de los sensores, lo cual ayuda a crear una zona de sombra para evitar interferencias de infrarojos desde el exterior.

Colocamos otra tira de cartón pluma encima de las soldaduras para protegerlas y embellecer un poco.

Y el último paso en la barra de sensores es recortar la parte que se va a usar, dejando una pequeña extensión para atornillarla al chasis del robot y un agujero para colocar en el centro una bola loca que ayude a deslizar al robot con más facilidad, ya que en la parte delantera no lleva ruedas.

A continuación pasamos al circuito desde donde se controlará al robot. En este circuito irá montado un Arduino Nano que será el cerebro del robot, un par de Drivers para controlar los motores de las ruedas, un interruptor de encendido apagado, un fusible y un par de leds para señalización. Este circuito también está hecho usando una placa de topos, y en esta etapa inicial están montadas las tiras de pines donde irá montado un Arduino Nano, así como el interruptor y portafusibles.

Placa principal a medias

Aquí podemos ver la placa con el Arduino Nano a su lado.

Al no utilizar un circuito a medida, es necesario cortar parte de las líneas de cobre así como realizar conexiones con cables, de forma que consigamos interconectar cada componente de la forma correcta.

En la siguiente imagen se puede ver la placa ya terminada con todas las tiras de pines en las que van a ir pinchados los componentes. La ventaja de no soldar directamente los componentes es que en caso de tener poco experiencia soldando, no hay riesdo de dañarlos por sobrecalentamiento, además de permitir sustituir facilmente componentes dañados o reutilizarlos para otros proyectos. El inconveniente es el riesgo de malos contactos.

El Arduino Nano se puede conseguir por unos 26$ en Ebay.

Los Drivers para los motores son unos Toshiba TA8050P, los cuales soportan 1.5A y se pueden conseguir en lotes de 5 por 10$ en Ebay.

La especificación de estos Drivers se puede ver aquí.

Cada componente está pinchado en una tira de pines y a su lado lleva otra para hacer las conexiones con cables.

Para realizar el cableado necesario entre los diferentes componentes la opción utilizada es fabricar los cables a medida utilizando un pin (de una tira de pines macho) soldado a un cable y protegiendo la soldadura con un trozo de tubo termoretráctil. Tanto las tiras de pines como el tubo termoretráctil se pueden encontrar en tiendas de electrónica.

Y para la barra de sensores, en vez de utilizar un manojo de cables sueltos, se puede usar un cable de ordenador, de los que se usaban para conectar los antiguos discos duros IDE o una disquetera. Basta con separar tantos hilos como necesitemos, cortar la longitud deseada y pelar los extremos para poder soldarlos a la tira de pines macho.

Para la alimentación del robot lo más habitual es usar baterías de polímero de litio (li-po) que ofrecen mucha potencia en muy poco peso y volumen. El inconveniente de estas baterías es que es una tecnología peligrosa si no se cuidan bien o no son de buena calidad, por lo que hacerse con una batería y cargador de calidad así como una bolsa de seguridad para cargarlas y almacenarlas puede ser un poco caro.

Otra posibilidad es utilizar las habituales baterías cilíndricas de Ni-Mh, que tienen el inconveniente de pesar y ocupar demasiado espacio para la potencia que proporcionan.

La solución para este robot es algo intermedio ya que he usado unas baterías CR123A que son unas baterías cilíndricas de ión de litio de 3,7v cada una. Son muy ligeras, pequeñas y existen modelos que incorporan una electrónica de protección frente a sobredescarga y cortocircuito.

El problema de estas baterías es que no es nada fácil encontrar un portapilas para ellas, por lo que a continuación puede verse como fabricar uno.

El material usado para fabricar el portapilas es forex, el mismo material que se utilizará para el chasis del robot. El forex es PVC expandido y es un material ligero, bastante rígido aunque fácil de cortar con un cortaplumas. Este sea quizá uno de los componentes más difíciles de conseguir, pero se puede encontrar en tiendas como Resopal.

El proceso para construir el portapilas, consiste en recortar una serie de marcos en forex, que una vez apilados formaran la “caja” para las baterías. También es necesaria una base, para atornillar al chasis del robot.

Portapilas a medias

Para la conexión con la batería,  de nuevo he recurrido a un par de trozos de placa de topos, que permitirán conectar las baterías entre sí por un extremo del portapilas y sacar ambos polos por el otro.

Y finalmente este es el resultado del portapilas una vez ensambladas y pegadas todas las partes.

Y con las baterías insertadas.

A continuación podemos ver el chasis del robot, en forex de 3mm. En general a no ser que se disponga de medios adecuados es mejor recurrir a formas geométricas sencillas y lineas rectas, ya que esto facilita colocar los componentes bien centrados y alineados.

Y este es el aspecto tras colocar la placa principal y el portatpilas.

En la siguiente imagen podemos verlo con los motores ya montados. Es recomendable que los motores estén cerca del centro de gravedad para que tengan buen agarre.

Los motores utilizados son de Pololu e incorporan una reductora 10:1, ofreciendo una salida de 3000 rpm a 6V. La ventaja de los motores de Pololu es que son muy pequeños y ligeros para la potencia que dan, además de que venden soportes y ruedas especialmente diseñados para ellos.

Se pueden encontrar en la web de Pololu o en Madrid en juguetrónica:

Y finalmente se incorpora la última pieza que faltaba, la barra de sensores. Con esto, tan solo falta parte del cableado para que el robot esté finalizado.

Por la parte inferior podemos ver la barra de sensores con la bola loca.

Tras añadir los cables que faltaban, el robot ya está completo, al menos en su parte hardware. La siguiente etapa es programar un algoritmo para que el robot siga la línea sin salirse y a la máxima velocidad posible, pero eso ya será tema para otro post.

Velocista

Visitas :33768

Both comments and pings are currently closed.

8 Responses to “Construcción de un robot velocista”

  1. Jorge says:

    Ha quedado bien, a ver como va el viernes en la pista, esperaré a la parte de programación que tienes que quiero verla.

    Yo estoy preparando otra entrada similar con el diseño definitivo de mi velocista con piezas de Pololu.

    Por cierto si queréis algún PCB o algo dadnos el diseño a Fran o a mí y os lo hacemos.

  2. Oscar says:

    Un manual muy completo. Lo que más me ha gustado ha sido como te has fabricado el portapilas.

  3. _Silent says:

    Si, lo del portapilas es ACOJONANTE!!

    Ya tienes la parte difícil (para ti), ahora solo es programar!!

  4. […] unir los componentes es realizar un pcb o utilizar una placa de topos como explico Guillermo en la entrada anterior. Además esta placa nos servirá para pegar con cinta de doble cara la batería elegida, de tal […]

  5. dani says:

    Hola amigo, me gustaria saber que tipo de programacion utiliaste, programacion proporcional (ON/OFF) o PID? me gustaria que nos compartieras el codigo que utilizaste

  6. JESUS IVAN OLIVERA says:

    un costo aproximado para realizar este robot??

  7. Javito says:

    Existe un pcb del circuito utilizado?? O en su defecto podrían enviarme el esquema del circuito?
    Asímismo, donde podría consultar el código?
    Existen vídeos de dicho velocista?

    Gracias y enhorabuena por toda la ayuda que prestan

  8. Alex Velasco says:

    Buenas, estoy siguiendo este diseño para realizar mi propio robot velocista. Me podrías ayudar con las conexiones? Ya que no entiendo que va conectado a que y voy un poco perdido. Lo agradecería mucho que pudierais poneros en contacto conmigo para explicármelo porque soy un poco novato.
    Gracias

Subscribe to RSS Feed Follow me on Twitter!