Fundamentos de Circuitos DC para Robótica: Componentes Esenciales

Fundamentos de Circuitos en Corriente Continua para Robótica

Para construir y programar sistemas robóticos, es fundamental comprender los elementos básicos de un circuito en corriente continua (CC). Estos componentes interactúan para permitir el flujo de energía y la transmisión de información, dando vida a nuestros proyectos.

Componentes Esenciales de un Circuito DC

• Pila/Fuente de Alimentación: Aporta la energía eléctrica al circuito.
• Cables: Medios para transmitir energía e información.
• Controlador: El cerebro del sistema, donde se ejecuta el programa.
• Procesador: El microcontrolador o microprocesador que carga y ejecuta el programa.
• Sensores: Captan información del entorno y la envían al controlador.
• Actuadores: Reciben información del controlador y realizan una acción física.

La Pila y el Flujo de Corriente

La pila es el elemento que aporta la corriente en un circuito de corriente continua. Se caracterizan por su voltaje, y pueden conectarse en serie para aumentar este voltaje (por suma directa). Es importante entender el flujo de corriente:

• Los electrones salen del borne negativo (ánodo) y se dirigen al borne positivo (cátodo).
• Sin embargo, por convención, el sentido de la corriente eléctrica se define como el flujo de cargas positivas, es decir, del borne positivo (cátodo) al borne negativo (ánodo).

Para la mayoría de los elementos del circuito, esta distinción no es crítica, pero para componentes como los LED, sí lo es, ya que son unidireccionales y solo permiten el paso de corriente en un sentido específico.

Cables: Transmisión de Energía e Información

Los cables son los medios físicos para transmitir energía e información entre los elementos del circuito. En corriente continua, se sigue un esquema de colores estándar para facilitar la identificación:

• Rojo (VCC - Voltaje de Corriente Continua): Cable de alimentación. Se conecta al polo positivo (+) de la fuente, suministrando la corriente necesaria para alimentar las partes del circuito que requieren voltaje.
• Negro/Marrón (GND - Ground): Toma de tierra. Se conecta al polo negativo (-) de la fuente, sirviendo como retorno de la corriente y punto de referencia común para el circuito.
• Blanco/Amarillo (Señal): Envía energía con muy poco voltaje y secuenciada para que pueda ser interpretada como información por los actuadores o controladores.

La Señal en Corriente Continua

Llamamos señal al modo en que la información fluye a través de un cable. En corriente continua, utilizamos principalmente dos tipos de señal:

• Señal Analógica: Es información que puede tomar un rango continuo de valores numéricos, por ejemplo, entre 0 y 1024. El programa se encarga de interpretar esta información de diversas maneras.
• Señal Digital: Es información que solo puede tomar valores discretos, típicamente 0 o 1 (encendido/apagado, bajo/alto). Algunos elementos digitales pueden simular una señal analógica mediante modulación por ancho de pulso (PWM), ofreciendo un rango de valores, por ejemplo, entre 0 y 255.

Sensores y Actuadores Comunes en Robótica

Sensores

Los sensores son los "ojos y oídos" de nuestros robots, permitiéndoles interactuar con el entorno.

Sensor de Luz LDR (Light Dependent Resistor)

Es un componente que varía su resistencia eléctrica en función de la intensidad de la luz visible que incide sobre él, generando así una señal diferente. Se recomienda conectarlo en serie con una resistencia fija (divisor de tensión) para su correcto funcionamiento.

Sensor IR (Infrarrojos)

Es un dispositivo que integra un emisor y un receptor de luz infrarroja. Funciona detectando la reflexión de esta luz: los objetos claros la reflejan, mientras que los oscuros la absorben. Esto permite, por ejemplo, la detección de obstáculos o la discriminación entre superficies claras y oscuras.

Potenciómetro

Es un sensor rotatorio que varía su resistencia eléctrica en función del ángulo de giro de su eje, lo que produce una señal eléctrica proporcional. Se utiliza comúnmente como divisor de tensión para medir posiciones o ajustar parámetros.

Botón Pulsador

Es un sensor de entrada digital que, al ser presionado, cierra un circuito y envía una señal digital (generalmente un estado lógico alto o bajo) al controlador.

Actuadores

Los actuadores son los "músculos" de nuestros robots, ejecutando las acciones físicas.

LED (Light Emitting Diode)

Es un diodo emisor de luz. La corriente eléctrica fluye a través de él en una única dirección: del ánodo (terminal positivo) al cátodo (terminal negativo). Para su correcto funcionamiento y protección, el ánodo se conecta al voltaje positivo de la fuente y el cátodo a tierra o al voltaje negativo, siempre interponiendo una resistencia en serie para limitar la corriente.

Servomotor

Es un tipo de motor de corriente continua diseñado para un control preciso de su posición angular. Gira a un ángulo específico o en un sentido determinado según la señal de control (generalmente PWM) que recibe del controlador.