OPTOELECTRONICA - OPTOELECTRONICA APLICADA A LA ROBOTICA - 3
   
  Con esta entrega damos la penúltima parte de la serie de artículos destinados a la Optoelectrónica aplicada a la robótica. Ya explicamos cómo se clasifican los dispositivos optoelectrónicos, qué es y cómo funciona un LED, las características y variedades de LEDs, el Diodo Laser, Fotodetectores, qué son los fotodiodos, los fototransistores y optoacopladores. En estea tercera parte damos la explicación sobre aplicación de un optoacoplador, y la introducción a los sensores de imagen. Dejamos para la última entrega la explicación de algunos conceptos referentes a unidades fotométricas
   
  - APLICACION DE UN OPTOACOPLADOR
   
  CASO CONCRETO: EL SENSOR OPTICO POR REFLEXION CNY70
Este optoacoplador por reflexión se ha vuelto muy popular en aplicaciones educativas y mini-robótica, además de que su costo es mínimo (1 dólar moneda americana) por unidad y fácil de conseguir. Además de que tanto el emisor y el detector, se encuentran en el mismo encapsulado con dimensiones de tan solo 7mm x 7mm. Las hojas de especificaciones las pueden encontrar con cualquier buscador de internet o ir directamente a la página: www.vishay.com que es la empresa que lo fabrica actualmente.

antes que nada debemos conocer su interior y funcionamiento, sobre todo tener en mente la aplicación que implementaremos con él. Una de las más sencillas es la de poder distinguir por reflexión entre los colores blanco y negro, lo cual es muy útil en los mini-robots siguelíneas. Ver figuras 1 y 2.

En su interior dispone de un diodo emisor de luz infrarroja y un receptor en forma de fototransistor.

Como pueden darse cuenta no sólo es importante que se polaricen adecuadamente, sino también la distancia "d" a la cual estarán colocados de la superficie reflectante, la cual es recomendable no esté a más de 5mm para este dispositivo.

Proseguiremos con el conexionado, debemos procurar que tanto el emisor como el receptor operen dentro de las regiones óptimas de funcionamiento. Para ello, el emisor deberá conectarse a una resistencia limitadora de corriente
   
 
   
  Obervando las características del diodo emisor vemos que soporta unos 50mA como máximo, tendrá una caída de tensión de 1,6 volts y una potencia máxima de 100mW.

En la figura 3 vemos que sin ningún problema podemos aplicar un voltaje de 5 volts y asignar a la resistencia un valor de 220 ohms, si hacemos los cálculos la corriente que circulará por ese circuito será:

Ifr = (5V - 1.6V)/220 ohm = 15 miliamperes

Y aproximadamente disipará 25mW. Con ese valor no tendrá ningún problema en el funcionamiento ya que ha dado muy buenos resultados para poder lograr la discriminación entre áreas negras y blancas.

El transistor será conectado como un seguidor de señal, eso es con una resistencia en el emisor conectada a tierra, como se ven en la figura 4
   
 
   
  LA CORRIENTE MAXIMA DEL TRANSISTOR ES DE UNOS 50mA Y LA POTENCIA MAXIMA ES DE 100mW
Teóricamente atravesará por el transistor al conducir unos 0,1mA. El fototransistor tiene una caída de tensión, de aproximadamente 1V con lo cual la corriente se reduce un poco. La tensión, al saturarse el transistor, será aproximadamente de unos 4V, y la de corte de unos 0V y la potencia disipada rondará los 0,1mW. El valor propuesto del resistor puede cambiar y puede ser como mínimo de 10 kohms y aún da buenos resultados pero arrojará valores de voltaje que rondarán aproximadamente los 2.5 volts en condiciones de buena reflexión.

Quizá se preguntarán qué ocurre en la transición entre el blanco y negro, cuáles serán las variaciones intermedias y si no presentará a su salida, fluctuaciones que impidan su conexionado a alguna lógica (TTL o CMOS) lo cual es ideal para aplicaciones robóticas.

Para responder a eso no es necesario recurrir a filtros o circuitos complicados, para ello podemos recurrir a una etapa de acoplamiento con una compuerta con disparador Schmitt-Trigger la cual nos ayudará a discriminar las variaciones indeseadas debidas a ruidos, interferencias u otros. Si se dan cuenta ahora si es posible acoplarla a una etapa lógica de algún circuito de control o microcontrolador.

En la figura 5 se observa el circuito completo del sensor reflectivo
   
 
   
  ¿Y cómo funciona? Al estar sobre una superficie negra, ésta absorbe la radiación luminosa la cual no llegará al fototransistor o por lo menos no en los niveles necesarios para entrar en saturación, como consecuencia la entrada al disparador estará prácticamente a nivel de 0 volt y su salida estará en un nivel lógico "1" o 5 volts.

Para una superficie blanca las condiciones cambian, se presenta alta reflectividad por lo cual la radiación luminosa alcanza al fototransistor llevándolo a saturación o a conducir niveles de corriente suficientes que provocarán en el resistor de emisor una caída de voltaje que superarán el umbral de cambio en el disparador, presentándose a su salida un nivel lógico "0" o de o volts.

Si analizamos el circuito, su respuesta y su sencillez podemos darle un sinfin de aplicaciones y no sólo la de distinguir entre los colores blanco y negro:

- Siguelíneas en mini-robots
- Lector de discos codificados
- Sensor de proximidad
- Sensor de obstáculos, etc.
   
  - SENSORES DE IMAGEN
   
  Se muestra sólo una semblanza de los sensores de imagen, mejor conocidos como CCD, son parte fundamental de las cámaras modernas y como unidad de captación de imagen para su posterior procesamiento, se utilizan en líneas de producción de control de calidad, inspección visual de piezas metálicas, unidades móviles autónomas para exploración en lugares de alto riesgo, unidades de reconocmiento de rostros en aeropuertos y por supuesto, como sistema de visión para los robots modernos, ya sean de tipo móvil, de exploración espacial o submarina. Hoy en día se vinculan más a las unidades robóticas ya que la miniaturización ha alcanzado los niveles suficientes para que sean incorporadas a casi cualquier unidad robótica de cualquier tamaño, ya sea en una microcámara que se introduce en una sonda estomacal o como en el sistema de visión de la unidad de exploración marciana Souhjourner.

No expondremos alguna aplicación ya que es relativamente sencillo comprar una cámara barata con transistor UHF y montarla en algún móvil y realizar reconocimientos remotos, esto no tiene gran ciencia, lo interesante es poder hacer el tratamiento de las imágenes y que con la información obtenida el robot interactúe, y para ello se requiere manejar conceptos de procesamiento de imagen e inteligencia artificial lo cual no es la parte medular de este trabajo, pero el conocer el funcionamiento de la unidad básica de CCD, su construcción y tipos nos darán una gran idea de su aplicación y que en un momento dado podamos produndizar en su estudio y pasar a los niveles más avanzados de aplicación, de tal forma que nuestro robot pueda, algún día poder reconocer nuestra fisonomía sin confundirla con el perchero de nuestro hogar.
   
 
Autor: Ing. Juan Cárlos Téllez Barrera