Ecuaciones diferenciales

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ROBOT SEGUIDOR DE LINEA 
Desarrollo paso a paso 
 
 
 
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE PUEBLA 
Servicio Social 
INDICE 
 
Descripción ......................................................................................................................................... 3 
Justificación ....................................................................................................................................... 3 
Objetivo .............................................................................................................................................. 3 
Materiales y equipo de trabajo ........................................................................................................ 4 
Materiales ........................................................................................................................................... 4 
Funcionamiento de cada elemento ................................................................................................... 7 
Protoboard ....................................................................................................................................... 7 
Cable UTP ....................................................................................................................................... 8 
Sensores CNY70 ............................................................................................................................. 8 
Motorreductor ................................................................................................................................. 8 
Ruedas ............................................................................................................................................. 8 
Rueda direccional ............................................................................................................................ 9 
Transistor 2N2222 ........................................................................................................................... 9 
Resistencias ..................................................................................................................................... 9 
Desarrollo ......................................................................................................................................... 10 
Diagrama de conexión (especifico y final esquemático) ............................................................... 11 
Conexiones físicas ......................................................................................................................... 12 
Conexión de Sensor CNY70 ..................................................................................................... 12 
Conexión Circuito Integrado CD4093 ...................................................................................... 14 
Conexión Circuito Integrado L293D (Puente H) ...................................................................... 16 
Regulación de velocidad de motores ......................................................................................... 18 
Elaboración de pista .................................................................................................................. 19 
¿Dónde puedo encontrar los materiales? ...................................................................................... 20 
JAPO Electrónica .......................................................................................................................... 20 
JAMS Electrónica ......................................................................................................................... 21 
Electrónica ..................................................................................................................................... 21 
Electrónica Torres ......................................................................................................................... 22 
Conclusión ........................................................................................................................................ 23 
 
 
 
Índice de Ilustraciones 
1 Protoboard chica .............................................................................................................................. 4 
2 Cable UTP ......................................................................................................................................... 5 
3 Sensor CNY70 ................................................................................................................................... 5 
4 Motorreductor _ Motor DC .............................................................................................................. 5 
5 Llanta para Motorreductor .............................................................................................................. 6 
6 Transistor 2N2222 ............................................................................................................................ 6 
7 Rueda direccional ............................................................................................................................. 6 
8 Resistencias ...................................................................................................................................... 7 
9 Acrílico .............................................................................................................................................. 7 
10 Banda de colores de las resistencias. ............................................................................................. 9 
11 Tabla de verdad para el Flip-Flop ................................................................................................. 11 
12 Flip-Flop ........................................................................................................................................ 11 
13 Diagrama de conexión específica ................................................................................................. 12 
14 Diagrama final .............................................................................................................................. 12 
15 Conexión CNY70 ........................................................................................................................... 13 
16 Señal rectificada en bajo pulso ..................................................................................................... 13 
17 Conexión física de arreglo de compuerta NOT ............................................................................ 14 
18 Circuito Lógico CD4093 .............................................................................................................. 14 
19 Conexión de Circuito Integrado CD4093 ...................................................................................... 15 
20 Conexión especifica del integrado CD4093 .................................................................................. 15 
21 Conexión de sensores a C.I. CD4093 ............................................................................................ 16 
22 Circuito físico de conexión de sensores a C.I. CD4093 ............................................................... 16 
23 Circuito Integrado L293D (Puente H) ........................................................................................... 17 
24 Conexión de C.I. L293D a motores y señal de entrada ................................................................ 17 
25 Conexión de Robot seguidor ........................................................................................................ 18 
26 Conexiones físicas hasta C.I. L293D .............................................................................................. 18 
27 Regulación de velocidad de motores ........................................................................................... 19 
28 Ensamble Completo..................................................................................................................... 19 
29 Pista de Robot Seguidor ............................................................................................................... 20 
30 Sucursal JAPO Electrónica .......................................................................................................... 21 
31 Sucursal JAMS Electrónica ............................................................................................................ 21 
32 Sucursal Electrónica ..................................................................................................................... 22 
33 Sucursal Electrónica Torres ......................................................................................................... 22 
 
Robot seguidor de línea 
Los robots seguidores de línea son robots muy sencillos, que cumplen una única misión seguir una 
línea marcada en el suelo normalmente de color negro o blanco, puede ser definido como un sistema 
conformado de múltiples componentes electrónicos que trabajan en conjunto para guiar en un 
recorrido variable al seguidor. En la actualidad, los seguidores de líneas han estado evolucionando y 
ahora los estudiantes, profesionales y entusiastas compiten por quien puede innovar más su proyecto 
con el fin de que este siga el camino trazado en el menor tiempo posible. 
En este documento se presenta la metodología seguida para el diseño y construcción de un robot 
móvil seguidor de una línea blanca o negra, utilizando compuertas lógicas con arreglos de memoria, 
esto hará que dos motores de corriente directa se accionen para su movimiento delantero y para seguir 
con la dirección de cada motor, ya sea dar una vuelta a la derecha o izquierda se requerirá de una 
rueda direccional o mejor conocida como rueda loca. 
El funcionamiento general del robot es adecuado a las posibilidades de estudiantes con requerimientos 
esencialmente básicos de electrónica, ya que con mejor conocimiento se puede llegar a optimizar su 
funcionamiento cambiando algunos aspectos de la recepción lógica que tiene el robot o utilizando 
materiales más ligeros en su estructura. 
 
Descripción 
Durante el desarrollo del robot seguidor de línea se deberá contar con los materiales suficientes que 
lleva el mismo, además de comprender su funcionamiento para que cuando exista alguna falla tanto 
mecánica o lógica se identifique de donde proviene ese problema. 
 
Justificación 
Inducir el interés de estudiantes de bachiller a desarrollar y crear su propio robot seguidor de línea, 
así como dar la enseñanza que se puede hacer la innovación a su proyecto y proyectos futuros 
tomando en cuenta esta rama de la ciencia. 
 
Objetivo 
Elaborar con alumnos de bachiller un robot autónomo seguidor de línea que cumpla con la normativa 
especificada con conocimientos de mecatrónica, además de la elaboración del manual para llevar paso 
a paso su construcción con detalles de cada componente y el funcionamiento del mismo. 
 
 
 
 
Materiales y equipo de trabajo 
 Protoboard pequeña 
 2 metros de Cable UTP ó Cable para protoboard 
 4 Sensores CNY70 
 2 motores de corriente directa a 5V 
 2 ruedas acopladas a los motores 
 6 transistores 2N2222 
 Integrado CD4093 (CMOS) 
 Integrado Puente H L293D 
 Rueda direccional 
 4 Resistencias 330 
 8 Resistencias 1K 
 1 Potenciómetros 1K 
 Acrílico delgado de 15cm X 10xm 
 Pila 9V 
 Conexión de pila cuadrada 
 
Materiales 
 
 
1 Protoboard chica 
 
 
2 Cable UTP 
 
3 Sensor CNY70 
 
 
4 Motorreductor _ Motor DC 
 
5 Llanta para Motorreductor 
 
6 Transistor 2N2222 
 
7 Rueda direccional 
 
8 Resistencias 
 
9 Acrílico 
Funcionamiento de cada elemento 
 
Protoboard 
 
Una Protoboard es un instrumento que permite probar el diseño de un circuito sin la necesidad de 
soldar o desoldar componentes. Las conexiones en una Protoboard se hacen con solo insertar los 
componentes lo que permite armar y modificar circuitos con mayor velocidad. 
Las Protoboards tienen tres partes: el canal central, las pistas, y los buses. En el canal central, ubicado 
en la parte media, se conectan los circuitos integrados para mantener aislados los pines de ambos 
lados del circuito integrado. Los buses se encuentran a los lados de la Protoboard, y generalmente se 
emplean para conectar la tierra del circuito y sus voltajes de alimentación. La mayoría de las veces 
los buses están indicados con franjas color negro o azul para indicar el bus de tierra, y con franjas 
color rojo para indicar el bus de voltaje positivo. El resto de los orificios de la Protoboard pertenecen 
a las pistas. Como se mencionó anteriormente, las pistas están separadas por filas. Las filas están 
indicadas con números y las columnas están indicadas con letra. 
 
Cable UTP 
 
Este tipo de cable o se utiliza para mantener la comunicación entre los dispositivos que se han 
posicionado en la Protoboard, ya sea la alimentación de cada uno o la transmisión de datos. 
 
Sensores CNY70 
 
Es un sensor óptico reflexivo que tiene una construcción compacta dónde el emisor de luz y el 
receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la 
reflexión del infrarrojo sobre el objeto. 
Este sensor se ha vuelto muy popular en robótica, principalmente para robots seguidores de líneas, 
ya que es capaz de distinguir si la superficie colocada frente al sensor es de color blanco o negro. 
 
Motorreductor 
 
Los motorreductores son motores con una caja de engranes que hace que el giro principal del 
motor se reduzca y no vaya a una velocidad a la que nos e pueda controlar para el robot. Hay 
diferentes tipos de motorreductores, en este caso se utilizará el motorreductor a 5 volts de 
corriente continua para el diseño del robot seguidor de línea. 
 
Ruedas 
 
Las ruedas del robot son inducidas por los motores. Normalmente se usan ruedas de materiales anti-
deslizantes para asegurar buena tracción. 
Rueda direccional 
 
Con esta rueda se tomará en cuenta la dirección que llevara el robot, más que nada es para el 
soporte ya sea enfrente o trasera de la base completa del robot. Como su nombre lo menciona, toma 
la dirección a la que llevará los sensores de línea teniendo una sinergia de movimiento. 
 
Transistor 2N2222 
 
Este dispositivo es de potencia, lo cual se utilizará para la alimentación a la hora de activar el motor, 
esto es para que no haya una pérdida de potencia por todos los componentes que contiene el 
circuito. 
También identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general. 
Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Además, funciona como 
aplicador de compuertas lógicas. 
 
Resistencias 
 
Las resistencias eléctricas son dispositivos pequeños las cuales son parte fundamental del circuito, 
estas son capaces de regular el flujo de electrones dependiendo del valor de cada una de ellas. Estas 
se reconocen por las bandas de colores que tienen alrededor de la misma. 
 
 
10 Banda de colores de las resistencias. 
 
Desarrollo 
 
Para las funciones que realizara el robot móvil seguidor de línea deberán ser definidas desde un 
principio para que así sea más sencillo la parte de construcción electrónica. 
De las primeras condiciones serán a partir de que los sensores no capten la línea de seguimiento o 
salga totalmente, estos darán la señal para que los motores comiencen a virar hasta que los sensores 
puedan encontrarla nuevamente. Es decir, cuando los sensores salen hacia la derecha o izquierda, que 
tan solo detenga el movimiento de la rueda respectiva y así retornará al camino a seguir de manera 
normal, esta función es muy útil cuando las curvas son muy cerradas o que alguno de los motores sea 
un poco rápido y se salga del camino, como comúnmente pasaen un móvil de este tipo de sencillez, 
ya que los motores como son un tanto diferentes técnicamente hablando, pueden tener más velocidad 
o menor recepción de voltaje. 
Lo que se quiere dar a entender es que si el robot sale hacia algún lado este intente reencontrar la línea 
al lado contrario al que salió, esto dependerá del orden en cual los sensores estén organizados para la 
señal de respuesta de los motores. 
La siguiente condición y como inicial es que los sensores estén sobre la línea, de esa manera el circuito 
estará en condiciones óptimas de operación, de lo dicho anteriormente, deducimos que debe tener un 
tipo de memoria para recordar cuál de los dos sensores salió de la línea primero, de tal forma si el 
móvil sale de la línea y los dos sensores no la detectan, recuerde hacia donde debe ir. 
Cabe mencionar que en todo el circuito tenemos 2 simples entradas a dos salidas, cada una 
respectivamente (un sensor y un motor), con ello podemos implementar al circuito un flip-flop R-S, 
esto para no tener en cuenta un tipo de programación o materiales un tanto difíciles y caros de 
conseguir. 
El circuito de Flip-Flop R-S se armará con compuertas lógicas NAND, de acuerdo a la tabla de verdad 
que será implementada. El estado de memoria se dará solo cuando las entradas sean un “1” lógico, si 
ambas entradas son “0” lógico las dos salidas del Flip-Flop serán uno, (a este estado se le puede llamar 
estado prohibido) si SET lo llevamos primero a “1” Q será “0” y Q′ será “1”, si a continuación RESET 
se lleva a “1” la salida se conservará y, por lo tanto, el estado de memoria se dará. 
Si realizamos lo anterior, pero empezando por RESET, y luego pasamos por SET, los estados de 
salida serán invertidos, por lo tanto, el estado de memoria dependerá de cual sensor salga primero de 
la línea. Un Flip‐Flop implementado con dos NAND tiene la peculiaridad de que la activación se da 
por los niveles bajos, razón por la cual el estado inicial permitido a las entradas deba ser “1” lógico. 
 
Set Reset Q Q´ 
0 0 1 1 
1 0 0 1 
1 1 0 1 
0 0 1 1 
0 1 1 0 
1 1 1 0 
 
11 Tabla de verdad para el Flip-Flop 
 
 
 
12 Flip-Flop 
 
Por lo tanto, para que se dé la condición para que avance hacia adelante, es que las entradas R y S 
deben ser “0” que es cuando los sensores están detectando la línea. 
Los emisores deben colocarse al centro y los receptores a los lados, los sensores deber ser colocados 
de tal manera que no sobresalgan del ancho de una cinta de aislar plástica. 
Si alguno de los sensores sale de la línea, el resistor entregará un “0” lógico, que pasando por el 
inversor será un “1” lógico y el funcionamiento será como el descrito para el Flip-Flop. De esta 
manera se detendrá el motor respectivo para que el robot móvil pueda regresar a la línea. 
Diagrama de conexión (especifico y final esquemático) 
 
El diagrama que está a continuación, es un diagrama especifico de conexiones generales y de cómo 
debe ser visto en un software de simulación electrónica llamado Proteus. También se muestra un 
diagrama reducido al que es la construcción electrónica final y como debe de quedar conectados todos 
los componentes. 
 
13 Diagrama de conexión específica 
 
14 Diagrama final 
 
Conexiones físicas 
 
Las conexiones que se muestran en la imagen 15, muestra del cómo debe ser conectados los 
elementos para su funcionamiento correcto, además los materiales que se han mencionado al 
principio de este documento son los mismos que se han utilizado para la construcción del robot 
móvil seguidor de línea. Recordemos que no requiere de programación, solo es cuestión de conectar 
los pines correctos. 
Conexión de Sensor CNY70 
 
El sensor CNY70 tiene a un costado un área marcada la cual se tendrá de referencia para las 
conexiones de voltaje y tierra, es decir la forma de conectar el sensor es de la forma que se muestra 
en la figura superior. Tengamos en cuenta que el sensor tiene dos orificios, uno de ellos es más oscuro 
que el otro, este será el receptor de la señal que emite el led infrarrojo que es un poco más claro. 
 
 15 Conexión CNY70 
 
Recordemos que la señal la debemos amplificar, es decir, hacer que se note más, con ayuda de los 
transistores podemos hacer eso, el transistor NPN 2N2222 lograremos obtener una señal pura cuando 
el sensor capte la línea negra. Al añadir un transistor a nuestro circuito ya estamos adaptando más 
potencia a nuestro robot, también haremos que ubique cuando ya no encuentre la línea negra, en otras 
palabras, cuando el sensor no detecte el color negro de la cinta mandara un pulso en bajo que dará la 
señal al motor en detenerse y girar el contrario para ubicarse nuevamente. Esto se logra con una 
configuración de compuertas lógicas, en este caso se utilizará un arreglo de resistencias para 
determinar la compuerta lógica NOT. 
 
16 Señal rectificada en bajo pulso 
 
17 Conexión física de arreglo de compuerta NOT 
Hasta este momento tenemos la señal del sensor con el arreglo de la compuerta NOT para la respuesta 
en bajo, es decir, cuando detecte la línea negra este en función el motor, en caso de que se llegue a 
salir desactivará el motor. 
Tengamos en cuenta que debemos tener dos sensores, uno para cada motor, la conexión del otro 
sensor debe ser exactamente la misma hasta este mundo, ya que a continuación se mostrará la lógica 
que llevará acabo todo el procesamiento de las señales de los sensores. 
 
Conexión Circuito Integrado CD4093 
 
La lógica que se llevará acabo, como antes se mencionó, se dará por un circuito integrado CD4093 
que es un arreglo de compuertas lógicas, sin embargo, este arreglo ya está determinado en el 
integrado, dentro del mismo están las compuertas AND negadas, esto hace que se vuelva más sencilla 
la conexión. 
Internamente el circuito integrado CD4093 está compuesto de la siguiente forma, con 4 NANDS, 
cada una con sus respectivas entradas y salidas digitales, y sus conexiones de energización. 
 
18 Circuito Lógico CD4093 
El arreglo que llevaremos a cabo con este circuito integrado es la siguiente conexión para obtener la 
lógica necesaria para que los motores se activen y desactiven cuando los sensores manden las señales 
requeridas, se usa este tipo de integrado por el tipo de señal que están arrojando los sensores, estos 
emiten señales de muy bajo nivel, cualquier cambio tan mas mínimo que detecten los sensores este 
integrado logrará captarlo. 
 
19 Conexión de Circuito Integrado CD4093 
Las conexiones en el circuito son las siguientes, guiándose de la imagen 18, Pin 14 conectado a voltaje 
de 9 volts, Pin 13 y 12 irán conmutados entre sí, al igual que los Pines 11 y 9, 1 y 2, 3 y 5, ahora para 
las señales de salida de estos deben tener una retroalimentación para la memoria del robot, los Pines 
9 y 4 van conmutados, así como los Pines 10 y 6. Finalmente el Pin 7 es la conexión a tierra del 
circuito. En diagramas específicos se notaría de la siguiente forma: 
 
20 Conexión especifica del integrado CD4093 
 
21 Conexión de sensores a C.I. CD4093 
 
 22 Circuito físico de conexión de sensores a C.I. CD4093 
 
Conexión Circuito Integrado L293D (Puente H) 
 
Por último, las conexiones del circuito integrado del puente H, para la conexión de los motores, la 
señal que están arrojando los Pines 4 y 10 del circuito integrado CD4093 serán dirigidos a las 
habilitaciones de los motores, cabe mencionar que los sensores deben ser identificados para cada 
motor, es decir, el sensor que será ubicado en la señal derecha del Robot seguidor será el sensor que 
dirija al motor izquierdo del Robot y el sensor de la izquierda el motor derecho, esto es para que tenga 
sentido de orientación nuestro Robot seguidor. 
La estructura del circuito integrado L293D (puente H) es la siguiente, en la cual podemos conectar 
dos motores que recibirán la señal de entrada que hará que se activen o desactiven los mismos, si 
estosno reciben ninguna señal se mantendrán quietos, lo peculiar de nuestra conexión en este circuito 
es que un Pin del motor será llevado a GND/Tierra, ya que nuestro Robot seguidor solo tendrá un 
sentido que es en la dirección frontal. 
 
23 Circuito Integrado L293D (Puente H) 
 
24 Conexión de C.I. L293D a motores y señal de entrada 
Las conexiones finales de este proceso constan en unir la lógica con los actuadores, en otras palabras, 
las señales el circuito integrado CD4093 a las entradas del circuito L293D, que harán mover a los 
motores. 
 
25 Conexión de Robot seguidor 
 
26 Conexiones físicas hasta C.I. L293D 
 
Regulación de velocidad de motores 
 
La regulación de la velocidad de los motores debe ser muy considerada, esto quiere decir que si no 
se regulan las velocidades de los motores la señal de los sensores a la hora de captar de línea negra 
que es el seguimiento no la detectará a tiempo y pueden ocurrir errores a la hora del recorrido en las 
pistas. Con ayuda de potenciómetros de 1K de resistencia podemos regular las velocidades. Este se 
debe de establecer en la entrada de voltaje del integrado L293D (Puente H) que va conectado a la 
alimentación de los motores, se debe tomar en cuenta la velocidad de las ruedas, por lo que se debe 
de ajustar a la velocidad ideal a la que se quiera hacer el recorrido. 
 
27 Regulación de velocidad de motores 
Una vez teniendo completo el circuito y con regulación de motores, es hora de poner el Robot 
Seguidor a la pista. 
 
 28 Ensamble Completo 
 
 
Elaboración de pista 
 
La pista se llevó a cabo en una base de triplay comprimido de 1.20m por 50cm donde se 
determinó la pista con cinta de aislar normal negra, sin ningún tipo de has de recepción. Se define 
el tipo de pista que desea el usuario, tomando en cuenta la disponibilidad a la que esta modificado 
el Robot Seguidor. 
 
 
29 Pista de Robot Seguidor 
 
¿Dónde puedo encontrar los materiales? 
 
Los materiales adquiridos fueron encontrados en sucursales electrónicas en la ciudad de Puebla, 
como, por ejemplo. 
JAPO Electrónica 
 
http://japoelectronica.com/index.php 
6 Poniente #907 Local 112 segundo piso Plaza Sharyd C.P. 72000, Centro, Puebla, Puebla 
Precio de Kit completo $179.99 que incluye: 
 Chasis 
 2 ruedas 
 2 motores de corriente directa 
 Tornillería 
 Porta pila 
 Rueda direccional 
 
 30 Sucursal JAPO Electrónica 
 
JAMS Electrónica 
 
http://electronica-jams.com.mx/site/sucursales 
Av. de la Reforma 2910-B, Amor, 72140 Puebla, Puebla, 11 Poniente No. 319 Col. Centro Puebla y 
9 Norte No. 405 "A" Col. Centro Puebla 
 
 31 Sucursal JAMS Electrónica 
 
Electrónica 
 
(sin sitio web) 
Tercer Carril del Ejido, Serrano s/n, 72640 Puebla, frente a Universidad Politécnica de Puebla 
Precio de kit completo $235 que incluye: 
 Chasis 
http://electronica-jams.com.mx/site/sucursales
 2 motores 
 2 ruedas 
 Rueda direccional 
 Porta pila para 4 pilas AA 
 
 32 Sucursal Electrónica 
 
Electrónica Torres 
 
(sin sitio web) 
Av 11 Pte 106, Centro, 72000 Puebla, Pue. 
 
 33 Sucursal Electrónica Torres 
 
 
Conclusión 
 
El desarrollo de esta clase de proyectos es para generar interés en los alumnos que están interesados 
en estudiar el área de ingeniería tanto mecánica, electrónica o mecatrónica, con ello además de 
desarrollar robots como el de este trabajo, puede adquirir más conocimientos que ayudan a 
desarrollar procesos los cuales pueden ser benefactores para el estudio, medicina, ingeniería en 
general y muchas más áreas. 
Lo que se aprovecha de esta clase de documentos es el aprendizaje que se pueda dar a conocer con 
los lectores, en este caso, estudiantes de bachiller que quieran desarrollar su propio robot seguidor 
de línea, además de poder transmitir este conocimiento con futuras generaciones y sucesivamente 
poder crear ciencia que asombre a muchos más.