MICROBOT BICHO-1

       Una de las aplicaciones más apasionantes de la electrónica es la robótica. Hasta hace poco tiempo había que ser todo un experto en electrónica, tanto digital como analógica, para poder adentrarse en esa rama de la técnica, pero ahora, gracias al imparable avance de la microelectrónica, no es difícil construir un pequeño robot que haga tareas sencillas como rastrear líneas o evitar obstáculos. El principal componente que hace que esto sea posible es el microcontrolador. Este tipo de robots en miniatura dirigidos por microcontrolador son conocidos como microbots.

        Recientemente he construido uno de estos "juguetes", experiencia con la que he aprendido unos cuantos trucos y detalles a tener en cuenta en futuros diseños. Durante la construcción he tenido que ir solucionando problemas y haciendo modificaciones respecto a la idea original. Aún después de acabado me he dado cuenta de que ciertas cosas estarían mejor de otra manera. Esta es la razón por la que no voy a entrar demasiado en los detalles de la construcción.

EL CUERPO

       Una de las principales lecciones que he aprendido es que no se debe subestimar la dificultad de diseñar una buena mecánica para un robot. En mi diseño original el robot sólo existía un motor, pero fue indispensable añadir un segundo. El motor de tracción, extraído de un coche de juguete, mueve las dos ruedas traseras a la vez, haciendo que el conjunto avance. Al girar el motor en sentido contrario una de las ruedas se bloquea, girando el robot. El utilizar un único motor para el movimiento tiene sus ventajas (es más barato y consume menos corriente), pero tiene la desventaja de tener que girar siempre en el mismo sentido.

       Hay un detalle muy importante a tener en cuenta cuando se aprovechan los motores de coches de juguete rápidos: la inercia. Los microbots suelen utilizar sensores infrarrojos de proximidad para detectar obstáculos en su camino. Si la distancia de frenado del robot es mayor que la distancia máxima de detección de los sensores, tenemos un problema. Es algo que no me preocupaba mucho en un principio: el coche de juguete parecía detenerse bastante pronto. Sin embargo el peso final del robot era superior al previsto, lo que hacía la distancia de frenado considerablemente mayor. La solución fue montar un improvisado pero efectivo freno activo, con un pequeño motor que actúa durante una décima de segundo, justo en el momento en que el motor de tracción se desactiva.

SENSORES Y ACTUADORES

       El robot posee tres sensores infrarrojos de proximidad en su parte delantera, apuntando hacia delante y hacia los lados. Cada uno de ellos está constituido por un LED infrarrojo (emisor) y un receptor integrado GP1U58 (ver artículo sobre mandos a distancia) que recibe la luz, en caso de que sea reflejada por algún objeto. Los LEDs emiten pulsos frecuencia de unos 40 KHz, generada por un oscilador de onda cuadrada construido alrededor del integrado 555. La intensidad de los infrarrojos se puede ajustar mediante un potenciómetro, lo que permite elegir el rango de distancias de detección. La salida de los receptores está conectada directamente a los puertos del microcontrolador.
       El motor principal funciona con 4 pilas de 1.5 voltios, independientemente de los circuitos electrónicos, y está activado por dos pequeños relés de 5 voltios excitados mediante sendos transistores BC547. Uno de los relés controla la dirección de giro y el otro la activación del motor. El motor de frenado funciona a 3 voltios y está activado por dos transistores: un C1815 y un transistor de potencia C2236.
       Los principales problemas que han aparecido durante las primeras pruebas se debían al ruido eléctrico provocado por los motores: cuando estos estaban funcionando los sensores infrarrojos, que son muy sensibles a interferencias, se activaban continuamente de forma aleatoria. Esa fue la razón por la que decidí utilizar pilas separadas para los motores y la circuitería.
       Si hoy tuviera que hacer un nuevo diseño no utilizaría relés: son lentos, ruidosos, consumen bastante y son relativamente caros. Mucho más elegante es utilizar el integrado L293B, que posee cuatro excitadores de potencia con los que se pueden activar dos motores de corriente contínua de forma totalmente aislada y sin más componentes pasivos.

MICROCONTROLADOR

       El "cerebro" del robot lo constituye un microcontrolador PIC 16F84, que es, posiblemente, la mejor elección hoy en día para este tipo de automatismos. Además de su pequeño tamaño, su bajo precio, su bajo consumo (importante en circuitos con pequeñas baterías) y la sencillez de su código, es programable y borrable eléctricamente desde cualquier PC. A continuación muestro la pequeña placa donde se aloja el PIC, que constituye la parte principal del microbot. En ella se observa el cuarzo de 4 MHz (frecuencia de reloj para el microcontrolador) y el regulador de tensión de 5v LM7805, que rebaja la tensión de la pila de 9v que alimenta a toda la parte electrónica del robot. También hay un interruptor de alimentación y un LED indicador de encendido.

       De los 13 puertos que incorpora el PIC se utilizan únicamente 6, que son: 3 de entrada para los sensores infrarrojos, 2 de salida para el motor de tracción y 1 de salida para el freno activo. Se pueden ensayar distintos algoritmos de comportamiento para el robot dentro del kilobyte de memoria de programa disponible en el PIC. En realidad, no hace falta nada complicado. El programa más simple actúa de la siguiente forma: se mueve el robot hacia delante; cuando los sensores detectan un obstáculo, se detiene el motor, se activa el freno durante un momento, se gira el robot y se repite el proceso; así indefinidamente. Con esto se consigue que el robot recorra los contornos de las habitaciones girando siempre en el mismo sentido.

JMB 29-11-2000
juanmb@bigfoot.com