Básicamente, el carro va a ser un bastidor con 4 ruedas, con un sistema capaz de moverlo con eficacia y precisión, y una mercancía:

• la maquinaria de elevación, con todo lo que cuelga de ella.
• el sistema de control: un microcontrolador con accesorios.

Construcción

Me cuesta conseguir ruedas fuertes de 10cm o menos, que se sujeten con facilidad a un eje de al menos 1cm. Los rodamientos también son un mundo, y no hablemos de los ejes. Cualquier ocurrencia tiene que ser susceptible de ser llevada a la práctica, así que no todo vale. He considerado varias posibilidades:

• un cable de acero con poleas en ambos extremos de la línea de almacenaje, dispuesto a modo de cuerda de tender y accionado por un motor estático, que tira del carro hacia los extremos.
• un cable fijo y tenso que recorre el almacén de punta a punta, haciendo un bucle alrededor de una polea situada en el carro y movida por un motor.
• un par de ruedas de goma que apoyen sobre el carril y empujen en carro, pero sin sostener el peso; estas ruedas pueden estar en el carro o ser un anexo, formando un par tractor+remolque.
• dos pares de ruedas de poliamida solidarias a sendos ejes, sobre los que apoya el carro mediante rodamientos. Los ejes pueden ir acoplados con una cadena de transmisión, sobre la que actúa el motor.

Esta última es la opción que más me gusta. Habrá que encajar dos rodamientos en cada eje y disponer el carro para que apoye sobre ellos. No veo muy claro cómo hacerlo pero seguro que la masilla époxy me ayuda a fabricar un buen soporte.

Lógica

Va a haber 4 etapas para el posicionado horizontal: viaje, aproximación, colocación y parada. Por lo tanto habrá 3 hitos: inicio de aproximación, inicio de colocación y punto de parada. Para que la máquina se oriente voy a colocar en los carriles por los que se desplaza una serie de marcas, materializadas con pletinas que accionan interruptores del carro.

Para poder detectar inequívocamente el paso por las pletinas, estas tendrán la longitud suficiente como para requerir 2 ciclos de chequeo de interruptores. Esto es: si el programa va a comprobar el estado de los interruptores 10 veces por segundo y el carro lleva una velocidad de 50cm/s, las pletinas deberán medir al menos 10cm. Así el programa va a notar el paso por cada pletina al menos en un chequeo. A alta velocidad podemos detectar una pletina cuando hemos recorrido un máximo de 5cm de su longitud, pero con las velocidades de final de aproximación y colocación la distancia será de un máximo de 10 y 2mm respectivamente, así que podré usar la entrada en la pletina correspondiente a la caja objetivo como inicio de colocación, y la salida como punto de parada. El inicio de la aproximación me lo marcará la penúltima^* pletina.

Hasta ahora hemos considerado que el programa sabe dónde está el carro y qué tiene que hacer para llevarlo a donde corresponda. Ahora vamos a estudiar la situación en el momento de arrancar el programa. Si el carro no está en el muelle habrá que llevarlo, así que necesitamos distinguir el muelle del resto del recorrido, lo que requiere al menos un segundo interruptor.

En el siguiente diagrama se representa de arriba a abajo y de izquierda a derecha:

• carril I: pletina de colocación de muelle, penúltima pletina para cuando vamos a la primera caja, pletinas de colocación de las cajas 1ª, 2ª y 3ª.
• en naranja: muelle, cajas 1ª, 2ª y 3ª.
• carril D: punto de parada de muelle, inicio de aproximación de muelle.
• las 4 combinaciones que pueden presentar los dos interruptores del carro que detectan pletinas.

4 2 1 3   1   2   1

Las funciones que hay que llevar a cabo sobre este esquema son:

• desde el muelle, colocarse en la posición de caja n
• ir al muelle desde la posición de caja n
• ir al muelle desde cualquier lugar, con 4 tipos de posición inicial:
  1. lugar genérico, puede que lo próximo sea
     • una zona de colocación que puede que resulte ser
       • de muelle (en rojo)
       • de caja
     • una marca de aproximación de muelle
  2. zona de colocación, y puede que lo próximo sea
     • zona genérica
     • punto de parada de muelle (en rojo)
  3. marca de aproximación de muelle
  4. punto de parada de muelle

La forma normal de aparcar el carro en el muelle partiendo de una posición de caja (tipo 1) puede ser como sigue:

• acelerar hasta velocidad de viaje, y mantenerla hasta llegar a la marca de aproximación a muelle (posición 3).
• decelerar hasta velocidad de aproximación, y mantenerla hasta llegar a la zona de colocación (posición 2).
• decelerar hasta velocidad de colocación y mantenerla hasta llegar al muelle (posición 4).
• parar y esperar estabilización.

Este algoritmo no sirve si se inicia en una de las posiciones marcadas en rojo en el diagrama anterior. Se podría utilizar otro interruptor que señale la zona roja. Pero puestos a usar 3 se podría haber hecho un diseño diferente, más fácil de gestionar.

En todas las posiciones de los tipos 1 y 2 se puede establecer la velocidad de viaje, salvo en las marcadas en rojo en el diagrama anterior, así que hay que actuar con precaución hasta saber dónde está el carro:

• mientras esté en posición 1, ir a velocidad de aproximación.
• si pasamos a posición 2, decelerar hasta velocidad de colocación y mantenerla hasta un cambio.
• seguir con el procedimiento normal (podemos estar en la posición 3, pero no más cerca del muelle).

Hay otra posibilidad, que es ir en dirección contraria hasta pasar de una posición 1 a una 2, y luego aplicar el procedimiento normal para aparcar, pero eso no sirve en el caso de la última posición de todas. Se puede arreglar con una 2 de señuelo más allá de la última útil, pero eso es desaprovechar carril. Hay otros métodos, pero no encuentro otro claramente mejor.

Para gestionar el carro voy a contar con 2 señales de control (alimentación del motor e inversor de giro) y 3 señales de estado:

• detector de pletinas de colocación.
• detector de pletinas de aproximación y parada en el muelle.
• motor girando: se trata de que al funcionar vaya provocando contactos en un interruptor.

Otros dos interruptores más se tienen que encargar de proteger los topes mecánicos, cortando la corriente del motor si se alcanzan los topes longitudinales del carril.

El problema de la velocidad

Voy a utilizar motores universales (con escobillas) que giran a un régimen máximo de 3000rpm. En estos motores, si el rotor llega a parase saltan chispas entre las escobillas y el colector que lo dañan e inutilizan. Desconozco cuál será el régimen de giro mínimo que puedo lograr sin que se me pare el motor. Cuando lo sepa tendré clara la relación entre las velocidades máxima y mínima, y decidiré qué reducción aplicaré al motor. De momento se me antoja difícil llegar a una relación 25:1, por lo que ya soy consciente de que las velocidades propuestas en el apartado de consideraciones previas son un sueño. No obstante he hecho los cálculos pensando en ellas como referencia.

Algo que me preocupa es que el interruptor que me dice si el motor gira. Si espero que tenga suficiente resolución como para monitorizar el carro en velocidad de colocación y detenerlo con pocos milímetros de holgura necesitaré más de un estímulo por centímetro. Hay dos consecuencias negativas:

• una operación completa de bajar una caja y luego volver a ponerla en su sitio va a costar alrededor de 1000 ciclos de trabajo del interruptor (la vida media de uno de buena calidad es de unos 5 millones de ciclos).
• un buen interruptor aguanta mecánicamente unos 5 ciclos por segundo, pero si hay un cambio cada centímetro estamos hablando de una velocidad máxima de 10cm/s, que es muy escasa para la etapa de viaje.

De momento estoy evaluando:

• recurrir a la optoelectrónica, con un sistema de rueda con radios como llevan los ratones antiguos.
• que el giro del motor genere una corriente con una dinamo y pueda medirla con el PC (necesitaría un DAC, convertidor de analógico a digital).
• buscar la forma de que el interruptor sólo actúe en velocidad de colocación, y asumir que si el motor funciona a bajo régimen también lo hará con más corriente sin problemas de ningún tipo.

La primera opción parece la mejor, pero tendré que aprender mucho para poder llegar a aplicarla.