robot seguidor de linea

 

CONSTRUCCION DE UN 

ROBOT SEGUIDOR DE LINEA 

J.E. Barco, L.E. Imbacuan, G. D. Ordoñez, Universidad de Nariño 

 Resumen – Se darán a conocer algunas ideas básicas 

para la construcción de un robot  móvil tipo seguidor de 

línea. Explicando tres niveles indispensables, nivel físico, 

nivel de sensorial y nivel de control, siendo estos

suficientes para la elaboración del  robot. 

 Palabras Clave – robots móviles, seguidor de línea, 

comparador, fototransistor. 

I. INTRODUCCION 

La robótica es una de las aplicaciones más 

apasionantes de la electrónica. Un robot 

seguidor de línea se clasifica en el campo de la 

robótica móvil un grupo de la rama de robótica. 

La tarea fundamental de un robot móvil es el 

desplazamiento en un entorno conocido o 

desconocido, por tanto es necesario que posea 

tres funciones fundamentales, la locomoción 

(nivel físico), la percepción (nivel sensorial) y la 

decisión (nivel de control). 

Entre las aplicaciones de robots móviles se 

encuentra el transporte de carga en la industria, 

robots desactivadotes de explosivos, 

exploración de terrenos no aptos para el hombre 

entre este ultimo podemos destacar los robots  

Spirit y Oportunity desarrollados por la NASA. 

Otra aplicación destacable se encuentra en un 

sofisticado puerto de descarga en Inglaterra, en 

donde la carga proveniente de los barcos se 

transporta en robots móviles del tamaño de un 

autobús, siendo esta operación totalmente 

controlada. 

II. NIVEL FISICO 

A.  Estructura 

La estructura de un robot seguidor de línea 

puede ser elaborada de una lamina de acrílico, 

aluminio o madera, que se pueden conseguir 

fácilmente en el mercado. Esta proporciona 

apoyo para los motores, el circuito impreso y la  

rueda libre. 

Figura 1 – Chasis del seguidor de línea 

Las llantas del móvil se encuentra en 

configuración diferencial, debido a que la 

dirección que tome depende de la diferencia de 

velocidad entre sus  dos llantas, es por eso que 

cada llanta es independiente de la otra. 

Figura 2 – Fijación de un motor a una estructura plana. 

Los motores se pueden fijar al chasis como se 

indica en la figura 2. 

Figura 3 – Rueda libre 

La rueda libre es la que aporta el apoyo en la 

parte posterior, esta debe exhibir la 

característica de rodar y pivotar sobre si misma 

con un movimiento lo mas suave posible para 

no dificultar la rotación del robot. 

B. Motores, Llantas y caja reductora 

La mayor parte de los motores que se utilizan en 

un robot giran demasiado rápido y no tiene el 

torque suficiente, es por eso que es  

recomendable o casi imprescindible utilizar una 

caja de piñones reductora. Esta permite 

transformar un pequeño motor rápido, pero poco 

potente, en un motor mas lento pero con mejor 

torque. Estas cajas reductoras se pueden extraer 

de juguetes pequeños disponibles en el mercado. 

Para impulsar el robot se pueden utilizar 

motores DC que  posean la característica de 

girar a igual velocidad en los dos sentidos. Se 

recomienda utilizar motores de unidades de CD 

o de secador. Nota: No se recomienda utilizar motores de 

juguetes, ya que debido a su baja impedancia no 

se dejan controlar  por un puente H o Driver. 

La llantas deben ser de caucho o de un plástico 

blando para que no patinen. 

III. NIVEL SENSORIAL 

La percepción de este robot es de tipo visual, 

aunque no debemos pensar que el robot va a ver. 

Su captación visual consiste en diferenciar entre 

dos colores. Para este caso, la línea de color 

negro sobre una superficie blanca. 

Aprovechando la propiedad física de la 

reflexión, el diodo emite una luz infrarroja 

dirigida hacia el suelo, y el fototransistor recibe

los fotones generados por la reflexión que se 

produce sobre el suelo.  Figura 4.

 

Figura 4 – Sensor Infrarrojo 

Para nuestro caso, se debe disponer dos sensores 

ubicados en los bordes de la línea negra. 

Los sensores adecuados para este tipo de 

aplicaciones son CNY70, pero debido a que 

estos no se encuentran en el mercado regional, 

se recomienda construir con un fotodiodo y un 

transistor (2N3904) como muestra la figura 5. 

Restando solamente el diodo emisor. 

Figura 5 – Fototransistor a partir de un fotodiodo y un 

transistor. 

Cuando el diodo LED infrarrojo emite un haz de 

luz, en el punto a. se obtiene una señal de nivel 

alto o bajo dependiente de la superficie en la 

que refleje, si el sensor se encuentra en la línea 

negra el voltaje sube, cuando esta sobre la 

superficie blanca el voltaje baja. 

Se deben realizar pruebas sobre la ubicación de 

los sensores para que el móvil se desplace 

adecuadamente, porque puede suceder que aun 

cuando los sensores reconozcan la línea negra y 

el circuito de control realice la corrección de 

trayectoria, el móvil se salga de curso por la 

velocidad y masa del mismo (cantidad de 

movimiento).  De esta forma los casos a tener 

en cuenta es: distancia entre el eje de las llantas

y los sensores, distancia entre los mismos 

sensores con respecto al ancho de la línea negra 

y su alineación. 

IV. NIVEL DE CONTROL 

El circuito de control es el que proporciona las 

señales hacia los actuadores dependiendo de las 

señales obtenidas en los sensores. 

Esta conformado básicamente por las etapas 

visualizadas en la figura a continuación. 

Figura 6 – Etapas del circuito de control. 

Circuito sensor (Sd, Si) 

Figura 7 – Circuito sensor, conformado por el circuito 

emisor (R1, D1), y por el circuito receptor (Q1, R2, D2). 

El emisor del circuito sensor esta compuesto por 

un diodo emisor infrarrojo (D1), y una 

resistencia R1. 

El receptor del circuito sensor esta compuesto 

por el Fotodiodo receptor de infrarrojos (D2), el 

transistor Q1, y la resistencia R2. Para R2 se 

recomienda valores de resistencia superiores a 

100KΩ. En el punto  a se obtienen dos valores 

de voltaje, dependiendo de la reflexión. Estos 

dos valores ser cambiados por 0v y 5v a través 

del circuito comparador. Circuito comparador y etapa de potencia 

Este circuito se encarga de normalizar los 

niveles entregados por el circuito sensor. La 

etapa de potencia (M1, Q1) se encarga de 

proporcionar la corriente necesaria al motor. La 

etapa de potencia propuesta, es una sencilla 

forma de activar un motor, pero se podría 

cambiar por; un puente H, que permite el 

cambio de dirección del motor; Relés, los cuales 

manejan mayores corrientes; Drivers para 

motores (L293, L298) que permiten cambio de 

dirección, frenado y manejo de mayores 

corrientes. 

Figura 8 – Circuito comparador y etapa de potencia. 

El circuito comparador (R3, IC1) entrega 0V o 

5V a la base de 5 voltios dependiendo de si el 

valor de voltaje en el punto a es menor o mayor 

al valor de voltaje en el punto  b, 

respectivamente. Para este caso el valor de el 

punto b se debe ajustar en un punto intermedio 

entre los dos valores entregados por el circuito 

sensor (punto a).  

Algoritmo de seguimiento 

Aquí se relacionan las señales de los sensores 

con las señales de control sobre los motores.    

Tabla 1 – Tabla de posibles estados de los sensores 

Estado Si

 Sd

A 0 0 

B 0 1 

C 1 0 

D 1 1 

Donde, Sx = 0, indica que el sensor no esta sobre 

la línea. Y Sx=1, indica que el sensor se 

encuentra sobre la línea 

Estado A:  En este estado ambos sensores se 

encuentran fuera de la trayectoria. En este caso 

ambos motores se detienen y el móvil debe ser 

colocado a su trayectoria de forma manual. 

Debido a la sencillez de este control el móvil no 

es capaz de retomar la trayectoria. Pero se puede 

implementar un algoritmo de corrección de 

trayectoria con una lógica programable 

(microcontroladores).  

Estado B: En este caso el móvil se ha desviado  

levemente hacia el lado izquierdo respecto a la 

línea, como tal, solamente  el sensor derecho (Sd)  

se encuentra sobre la línea de trayectoria. La 

acción correctiva es desenergizar el motor 

derecho para que el motor izquierdo  aun activo 

corrija la trayectoria. 

Figura 9 – Descripción del estado B. 

Estado C: En este caso el móvil se ha desviado  

levemente hacia el lado derecho respecto a la 

línea, como tal, solamente  el sensor izquierdo 

(Si)  se encuentra sobre la línea de trayectoria. 

La acción correctiva es desenergizar el motor 

izquierdo para que el motor derecho  aun activo 

corrija la trayectoria. 

Figura 10 – Descripción del estado C. 

Estado D:  En este caso ambos sensores se 

encuentra sobre la línea negra, por consiguiente 

el móvil no debe hacer ninguna corrección de su 

dirección, o sea ambos motores deben seguir 

activos, idealmente en una trayectoria recta y 

larga si el móvil esta alineado y tiene igual 

velocidad en sus llantas este no debe hacer 

ninguna corrección hasta que encuentre una 

curva. Figura 11 – Descripción del estado D. 

Tabla 2 – Tabla de posibles estados de los sensores con la 

respectiva activación de los motores (corrección). 

Estado Si

 Sd Mi

 Md

A 0 0 0 0 

B 0 1 1 0 

C 1 0 0 1 

D 1 1 1 1 

Pruebas y correcciones 

- Se debe probar que cada uno de los sensores 

conmute entre dos voltajes cuando pase de la 

superficie blanca a la línea negra. Si la señal 

medida en el punto  a (figura 7) no varia o su 

variación es muy pequeña se recomienda 

intentar balancear con diferentes valores de R2 

(figura 7). 

- Se debe ajustar el voltaje de referencia en el 

punto b (Figura 8) con la resistencia variable R3 

de tal forma que el motor se active y se 

desactive dependiendo del cambio de superficie 

que observen los sensores. 

V.  SOBRE EL DISEÑO PROPUESTO 

El diseño propuesto es una forma sencilla de 

abordar el problema de seguimiento de una línea. 

Pero se pueden utilizar diseños con lógica 

combinacional y secuencial, por ejemplo,  

Para corregir la trayectoria del móvil, en lugar 

de utilizar una llanta podemos utilizar las dos 

haciéndolas girar en sentido contrario, esto se 

puede lograr haciendo uso de compuertas y 

puentes H, obteniendo una corrección rápida y 

precisa. También se puede hacer uso de lógica 

programable, por ejemplo el manejo de 

microcontroladores siendo estos los más 

utilizados en proyectos de robótica. 

Fuente de alimentación

Para energizar los circuitos del móvil se 

recomienda utilizar baterías recargables pues 

estas proporcionan mayores corrientes que las 

baterías no recargables. Se puede utilizar un 

arreglo de baterías recargables en formato AA 

ya que presentan una buena capacidad en 

tamaño reducido y además se consiguen en le 

mercado fácilmente, otra buena opción es hacer 

uso de baterías recargables que se utilizan en 

diferentes artículos electrónicos que 

proporcionan las cantidades de corriente 

(1000mAH) y voltaje (6V – 12V) necesarias.