6. Calimaro y la luz
Dos células fotoeléctricas son los sensores primarios
de Calimaro y permiten al robot de seguir las fuentes luminosas. Para
hacer que el robot se oriente hacia la luz es necesaria una particular
configuración que consiste en conectar la célula fotoeléctrica izquierda
al motor derecho y la célula fotoeléctrica derecha al motor izquierdo
como se ve en la figura:
En la figura siguiente podemos observar la secuencia de orientación hacia una fuente luminosa. Usando una linterna nos colocamos a la derecha del robot y apuntamos la luz hacia él (cuadro 1), la fotocélula derecha recibe la luz y activa el motor izquierdo haciendo girar el cuerpo del robot hasta que también la fotocélula izquierda recibe la luz (cuadro 2). En ese momento la fotocélula izquierda activa el motor derecho y con los dos motores activados, el robot se desplaza derecho hacia la luz (cuadro 3).
La forma descripta de conectar la fotocélulas puede
dar origen a comportamientos complejos como se puede observar en la
figura siguiente. En una habitación donde la luz no es homogénea, el
robot evita las sombras cambiando dirección cuando se acerca a ellas. El
efecto es sorprendente y no parece ser simplemente el resultado de una
simple conexión entre fotocélulas y motores.
Sin embargo Calimaro no siempre logra evitar las
sombras. El problema se presenta cuando entra en una zona de sombra
perfectamente perpendicular a ella. En este caso, ambas fotocélulas
quedan simultáneamente sin luz y el robot se detiene. Existen distintas
soluciones para evitar este caso pero no serán tratadas en este
artículo.
7. Calimaro y los obstáculos
El modo mas simple de detectar los obstáculos que el
robot encuentra en su recorrido es usando interruptores llamados
microswtich. El sistema de control de colisiones es mas complejo
respecto al de la luz porque el robot debe seguir una secuencia temporal
precisa que cambia según el sensor activado por el obstáculo en modo de
poder evitarlo.
Calimaro dispone de dos sensores de colisión. Cuando
encuentra un obstáculo, retrocede de algunos centímetros, gira a
izquierda o derecha según el sensor activado y después sigue su camino.
La secuencia podemos verla en la figura.
En el caso de obstáculos frontales es necesario dar al robot una cierta asimetría circuital en modo tal que gire lo mismo.
8. La electrónica de control
La figura muestra un diagrama en bloques del robot
Calimaro. Dos plaquetas de potencia controlan los motores, otras dos
plaquetas son el cerebro del robot y una quinta plaqueta sirve para
visualizar el estado del las baterías.
Como ya dicho, Calimaro posee dos tipo de sensores:
las fotocélulas sensibles a la luz y los sensores de colisión compuestos
por microinterruptores. El sistema está conectado en modo tal que la
plaqueta de control izquierda maneja el motor derecho y la plaqueta de
control derecho maneja el motor izquierdo permitiendo el comportamiento
descripto precedentemente.
Antes de analizar las plaquetas de control es
importante conocer los señales necesarios para manejar las plaquetas de
potencia de los motores y que están representadas en la figura
siguiente. Mas adelante haré una descripción mas detallada de estas
plaquetas. Con las dos entradas de control podemos obtener los tres
modos de trabajo que sirven: motor detenido, motor hacia adelante y por
último, motor hacia atrás. Existe una cuarta combinación cuando las dos
entradas se encuentran a nivel alto per esta última mete la plaqueta en
cortocircuito y por lo tanto es mejor no usarla.
9. Las plaquetas de control
Las dos plaquetas de control son idénticas excepto
por una pequeña diferencia en los valores de las resistencias de entrada
que conectan los sensores de colisión. La figura siguiente muestra un
diagrama en bloques de una de las dos plaquetas de control. Una parte
trabaja con la fotocélula y controla el movimiento hacia adelante del
motor. La otra parte trabaja con los sensores de colisiones y controla
el movimiento hacia atrás del motor. Para evitar la condición de
cortocircuito en la plaqueta de potencia del motor descripta
anteriormente, el comando hacia “atrás” inhibe el control hacia
“adelante” a través de un interruptor representado en la figura y hecho
con un transistor.
Como se puede observar en el diagrama a bloques
general del robot ambos sensores de colisión (izquierdo y derecho)
entran simultáneamente en las dos plaquetas de control mientras las
fotocélulas están conectadas solamente a la respectiva plaqueta
perteneciente. El motivo es simple: cuando Calimaro encuentra un
obstáculo, raramente el objeto se encuentra exactamente de frente al
robot y por lo tanto es muy probable que solo un sensor de colisión se
active.
Sin embargo, para alejarse del obstáculo, el robot
necesita activar ambos motores en marcha atrás por un breve momento,
después uno de los motores se debe detener mientras el otro sigue
girando para que el robot gire sobre si mismo y cambie de trayectoria
evitando el obstáculo. Efectivamente, cuando Calimaro encuentra un
obstáculo a su izquierda, gira hacia la derecha y viceversa. Para lograr
este efecto, ambos sensores se conectan a las dos plaquetas de control
en un modo especial para obtener el efecto de rotación descripto.
10. El circuito de la fotocélula
Como se puede observar en la figura, el circuito de
la fotocélula es muy simple. En la obscuridad, la resistencia interna de
la fotocélula es elevada por lo tanto, en la base del transistor Q1
tendremos una tensión mas elevada que la de umbral (0,6V) y por lo tanto
el transistor entra en conducción llevando la salida de la plaqueta a
masa.
Cuando la luz incide sobre la fotocélula, su valor de
resistencia disminuye, la tensión en la base del transistor baja y el
transistor deja de conducir y por lo tanto la salida de la plaqueta pasa
a un nivel alto gracias a la resistencia R2. En conclusión, cuando hay
luz, el motor se activa y en la obscuridad el motor se detiene. El
trimmer PR1 nos permite de regular la sensibilidad del circuito a la
luz. El transistor Q2 sirve para bloquear un eventual movimiento hacia
adelante cuando el circuito de los sensores de colisión se activa.
11. El circuito de los sensores de colisiones
Como se puede observar en la figura, los dos sensores
de colisiones están conectados a ambas plaquetas de control. En estado
de reposo, el capacitor C1 está descargado, el transistor Q1 no conduce y
el transistor Q2, gracias a la resistencia R5 se encuentra en
conducción llevando la salida a masa (motor detenido).
Cuando uno de los contactos se cierra, el capacitor
C1 se carga con una tensión positiva a través de D1/R1 o D2/R2. La
tensión del capacitor cargado supera el umbral de Q1 y este último entra
en conducción bloqueando Q2 y por lo tanto la tensión de salida será
positiva gracias a R6 activando la marcha atrás del motor. Cuando el
robot se aleja del obstáculo, el contacto se abre, el condensador se
descarga a través de R3 pero mantiene la carga por un instante. Los
valores de R1 y R2 son diversos en las dos plaquetas de control para
obtener el efecto de rotación descripto precedentemente.
12. El circuito completo
En la figura siguiente podemos ver el circuito
completo de control. La resistencia R1 de las dos plaquetas es de valor
diferente como ya explicado.
13. Montaje de las plaquetas de control
Para la construcción propongo de usar una plaqueta
universal como se observa en la figura (yo usé una con islas de cobre
separadas entre si 5 mm.)
14. Indicador de la batería
Como podemos observar en la figura, el circuito
indicador del estado de las baterías es muy simple. La tensión medida de
las baterías sirve también como alimentación del circuito. Cuando las
baterías están bien cargadas, la tensión en la base de Q1 lo hace
conducir encendiendo el led verde. Una buena conducción de este
transistor no permite que el segundo transistor conduzca, por lo tanto
el led amarillo no se enciende. Cuando la tensión de las baterías baja,
el transistor Q1 conduce menos y el transistor Q2 empieza a conducir
encendiendo el led amarillo.
Cuando las baterías están descargadas, el transistor
Q1 deja de conducir y por lo tanto el led verde se apaga mientras el led
amarillo se mantiene encendido. El diodo D1 sirve para aumentar el
umbral de conducción de Q1. Con baterías nuevas regular el trimmer hasta
que se encienden los dos led y después girar en sentido opuesto hasta
que el led amarillo se apaga quedando encendido solo el verde.
Fin de la segunda parte
