LEGO Power Functions

A pesar de que hemos escrito muchos artículos que hacen uso de este sistema, todavía no le hemos dedicado ningún artículo exclusivo al que es el corazón de muchas de nuestras construcciones. Desde que LEGO creo estos productos a partir de 2008 los hemos visto formando parte de todo tipo de vehículos como coches, camiones, excavadoras, grúas, trenes, o expandiendo las posibilidades de cualquier robot, bien como el NXT o bien formando parte del sistema WeDo. Hoy serán el centro de atención.

No es exagerado decir que el sistema Power Functions ha supuesto una pequeña revolución dentro del mundo de LEGO, en particular porque proporciona una solución completa para el control de nuestros modelos.

El primer paso para mejorar las prestaciones de un modelo estático es darle vida. Todos hemos querido construir un molino cuyas aspas se mueven, un coche que corre, un tiovivo que gira o un tren que circula por las vías a gran velocidad. La base de todo ello es un motor y una caja de baterías para alimentarlo.

Caja de baterías Power Functions
Una caja de baterías es la encargada de proporcionar alimentación al sistema. Esta batería puede ser convencional, necesitando pilas AA, o bien puede tratarse de una batería recargable.
Caja de bateríasLa caja de baterías dispone de un indicador verde que nos informa de si el sistema está en funcionamiento. Vemos que hay un interruptor naranja, que puede accionarse hacia ambos lados de su posición central de reposo: en cada uno de esos lados activará el motor en un sentido de giro distinto. La caja de baterías necesita 6 pilas AA de 1.5V. Una caja de baterías es capaz de alimentar 2 motores XL o 4 motores medianos simultáneamente.

Motores Power Functions
Para dotar de movimiento a nuestros modelos haremos uso de los motores Power Functions, que conectaremos en los enchufes de la batería, directamente o a través de un cable extensor.
Motor mediano Power FunctionsPodemos hacer que el motor se mueva en cualquier sentido, dependiendo de cómo accionemos el interruptor naranja de la caja de baterías (en la posición central no transmite energía). Los dos motores Power Functions incorporan un pequeño cable de conexión y disponen de una reductora interna que les incrementa el par.Motor grande Power Functions A fecha de hoy existen dos motores Power Functions, el mediano, también denominado motor M (8883), y el grande o XL (8882). Usaremos uno u otro motor dependiendo de nuestras necesidades de potencia, más en concreto del par/velocidad. El mediano tiene una longitud de 6 studs y un diámetro de 3, mientras que el grande tiene un diámetro de 5 studs. La diferencia en funcionamiento es considerable: mientras que el M tiene una velocidad de giro sin carga de algo más de 400 rpm, la del XL es aproximadamente la mitad. El par máximo del XL, con el motor bloqueado, es de 40 N.m, mientras que el mediano dispone de unos 12 N.m. aproximadamente. Uno de los sistemas Power Functions más básicos consiste en conectar directamente el motor a la caja de baterías anterior. En este caso debemos de tener en cuenta que motor y caja de baterías deben encontrarse muy cerca, puesto que el cable del motor es corto.

Cable extensor Power Functions
Cable extensor Power FunctionsSi necesitamos alejar la caja de baterías del motor podemos hacer uso de un cable extensor, que está disponible en 20 (8886) y 50 cm (8871). Estos cables no sólo permiten extender la distancia entre carga y batería, sino que también permiten otras posibilidades.

Con este cable puedes conectar un motor Power Functions a una caja de baterías de 9V, porque sus dos extremos son diferentes, tal como se muestra en el siguiente gráfico:

Cable extensor 8886 LEGO Power Functions

El extremo izquierdo permite la conexión inferior a dispositivos 9V, mientras que su parte superior, o el extremo derecho es para dispositivos Power Functions.

Este cable puede emplearse por tanto para realizar un cambio de interfaces entre 9V y Power Functions.

Si queremos conectar dispositivos Power Functions al NXT necesitamos, además de este cable, el cable convertidor.

Lego Technic 8297

Con el material citado hasta aquí podríamos motorizar un modelo para dotarle de alguna función. Es el caso de modelos comerciales como el totoderreno 8297, en el que se emplea el motor para tirar del cabrestante o controlar la altura del chasis respecto del firme.

El siguiente es un Kenworth W900 Rotator realizado por Marek Markiewicz, y dispone de 5 funciones motorizadas con el sistema Power Functions y otras 5 funciones controladas de forma neumática. Las posibilidades son ilimitadas.

El primer Carousel comercializado por LEGO es el 10196, un ejemplo atípico de uso de la combinación de un motor y caja de baterías Power Functions. La música que se oye en el vídeo también la produce el Grand Carousel a través del sistema Power Functions.

Batería recargable Power Functions
Una alternativa a la caja de baterías anterior es la batería recargable 8878: esta batería recargable de polímero de litio no sólo incrementa la energía sino que además es más ligera. Proporciona 7.4V y 1100 mAh. Para recargarse esta batería requiere del transformador 8887 de 10VDC, y emplea para ello unas 4 horas aproximadamente. El tiempo de descarga depende obviamente de los motores o de la carga que tenga. Si comparamos la batería recargable con su predecesora 8881, la diferencia es abrumadora:

  • el tamaño del 8887 es de 4x5x8 studs y tiene un peso de 75 gr.
  • la caja 8881 mide 4x8x11 studs y pesa unos 235 gr.

Comparativa de alimentación LEGO Power Functions

La densidad de potencia de la batería de litio es muy superior, por lo que en aplicaciones sensibles al peso o al volumen, problema muy frecuente en coches de carreras, será recomendable su uso. Tiene, sin embargo, la desventaja de carecer de agujeros o pines technic, por lo que su montaje será a la vieja usanza, con la construcción tipo ladrillo o sujeta con gomas.

Batería recargable Power Functions 8878 La batería recargable 8878 de LEGO tiene además la ventaja de permitir controlar la velocidad de los motores: si nos fijamos en el hueco naranja veremos que puede rotar respecto a la caja. Dependiendo de esa posición la velocidad del motor puede ser nula o con 7 posibles velocidades para cada uno de los dos sentidos de giro. Este control maestro de velocidad funciona por tanto del mismo modo que el Control Remoto de velocidad 8879, pero con la diferencia de que la batería dispone de una posición central fija y de posiciones extremas. El pulsador verde es el botón de encendido/apagado, que dispone de un LED verde que indica que está en uso. Dado que el interruptor de encendido y el dial de velocidad son independientes, podemos apagar o encender la batería independientemente de la velocidad en curso. El motor dejará de funcionar a la velocidad a la que se encuentre y volverá a funcionar a esa velocidad cuando volvamos a activar la batería.

La función de control de velocidad de la batería puede combinarse con otros elementos de LEGO Power Functions:

  • Conmutador mecánico LEGO Power Functions 8869Si lo combinamos con el conmutador mecánico Power Functions 8869 podemos modificar el sentido de giro del motor moviendo el conmutador manualmente o bien mediante una palanca cuya posición sea modificada por la mecánica de nuestro sistema. También podemos controlar si le damos o no energía al sistema.
  • Luces LEGO Power Functions 8870Las luces Power Functions pueden incrementar el realismo de nuestras construcciones, en los faros de un coche, las luces de un faro, etc. Aplicado a las luces Power Functions 8870, el regulador de velocidad de la batería 8878 nos permite controlar la intensidad de las luces. Si aplicamos esta idea con un poco de técnica podemos construir las luces intermitentes de un vehículo de policía, bomberos, etc. En el siguiente video aplican esta idea y para ello emplean un motor mediano que altera el sentido de giro de un segundo motor, que es el encargado de encender y apagar las luces: uno de los interruptores está siempre encendido y mientras el otro está apagado.



Transformador 10 VDC
Cargador de baterías Power Functions 8887El transformador de 10V DC 8887 puede enchufarse en la tomas convencionales de AC para recargar la batería recargable 8878 Power Functions. También es válido para recargar la nueva Batería Recargable DC (9693) del robot MINDSTORMS NXT.

Con la electrónica descrita hasta ahora no podemos controlar un modelo a distancia: para activar o apagar un motor o para encender las luces tenemos que estar físicamente junto a la caja de baterías o sobre la batería, dependiendo de cómo se alimente nuestro sistema pero, en cualquier caso, al lado de los mismos. Esta solución no es válida cuando queremos controlar remotamente nuestros modelos, como en el caso típico de un coche teledirigido. Afortunadamente el sistema Power Functions dispone de varias soluciones para ello.

Control remoto
Un sistema de control remoto requiere de varias partes:

  • Emisor. Es el encargado de generar las señales de control. Habitualmente lo denominamos ‘mando’, y es el dispositivo que tenemos en nuestras manos.
  • Receptor. Es el dispositivo que recibe la señal que ha emitido nuestro emisor, la decodifica y acciona los dispositivos que tenga conectados.
  • Canal de comunicaciones. Este canal es el medio que hace de puente entre el emisor y el receptor. En nuestro caso el canal es el aire, y la señal que genera el emisor y que viaja por él es infrarroja. El alcance mínimo del sistema de control por infrarrojos es de 10 m, pero este alcance puede verse reducido en ciertas circunstancias: las fuentes de calor, por su contenido en infrarrojos, pueden interferir con nuestro sistema y el caso más típico es la luz del sol. Dependiendo de la intensidad de esta interferencia nuestro sistema puede verse anulado completamente o durante pequeños intervalos de tiempo. Se produce cuando notamos que hemos perdido el control. Para reducir este efecto podemos acercarnos al sistema que queremos controlar, lo que obviamente limita el rango de nuestras posibilidades: al acercarnos estamos incrementando a nuestro favor la relación entre señal infrarroja útil (la de nuestro emisor), y la que pretendemos eludir (la del sol). Podeis ver un ejemplo de este problema en la carrera de karts, en la que perdíamos el control durante pequeños instantes. Esto tenía como efecto que los coches se salían de la pista y nos dejaban el coche sin control. A medida que atardecía el problema fue desapareciendo.

El sistema de control remoto IR Power Functions funciona haciendo uso de 4 canales diferentes, lo que permite que coexistan simultáneamente hasta 4 sistemas emisor-receptor independientes a la vez. Por este motivo en la carrera anterior no competíamos más que cuatro coches simultáneamente, cada uno de nosotros haciendo uso de uno de esos 4 canales.

Control remoto
Control remoto IR Power Functions 8885El emisor más simple y empleado es el Control Remoto IR Power Functions (8885). Tal como se aprecia en la foto, el mando dispone de dos controles naranjas independientes que pueden funcionar simultáneamente. Debajo de cada uno de ellos existe un pequeño interruptor, que nos puede servir para invertir el sentido de giro del motor sobre el que estamos actuando. En la parte central e inferior del mando disponemos del selector de 4 canales. Si este selector lo posicionamos en 1 entonces estaremos trabajando en el canal 1, por lo que actuaremos sobre cualquier receptor que tenga seleccionado el canal 1. La siguiente imagen muestra un ejemplo de construcción típica de un mando para controlar la dirección y tracción de un vehículo.

Transmisor Power Functions

La imagen anterior presenta una posible construcción que puede emplearse para hacer más intuitivo el control de un vehículo. Variantes de este tipo hay muchas y en la práctica montaremos la que a nosotros nos resulte más apropiada.

Control Remoto de velocidad IR Power Functions 8879Existe un transmisor alternativo al 8885 anterior. Se trata del Control Remoto de velocidad IR Power Functions 8879. Del mismo modo que en el controlador anterior 8885, el mando dispone de dos controles naranjas independientes que pueden funcionar simultáneamente, solo que en este caso son circulares. Mientras que el 8885 activaba el dispositivo en un sentido o en el contrario y a toda velocidad de forma brusca (en el caso de un motor) o a ninguna, el 8879 permite controlar la velocidad y el sentido al que éste va a girar. Esto permite un control de velocidad progresivo, muy útil por ejemplo en el caso de los trenes. Para una aplicación de este estilo, el grado de realismo que nos permite el incremento paulatino de velocidad es un punto muy a tener en cuenta. De hecho los dos modelos actuales de trenes, tanto el de pasajeros (7938) como el de mercancías (7939) incorporan este emisor.

Hay además una particularidad que hace distinto a este emisor respecto del otro modelo: no es necesario que se mantenga la conexión infrarroja en todo momento entre el emisor y el receptor, dado que en caso de pérdida de señal, los motores se mantendrán funcionando a la velocidad a la que funcionaban antes de la pérdida de señal. Esto puede ser muy útil en trenes, por ejemplo, o en sistemas Power Functions en los que necesitamos poder despreocuparnos en cierto momento del control.

Los pulsadores rojos del 8879 permiten cortar inmediatamente la energía del dispositivo sobre el que trabajan, sin necesidad de reducir la velocidad previamente. Esto puede ser de utilidad cuando queremos sincronizar las velocidades de los dos motores, los ponemos en reset con estos pulsadores y volvemos a empezar.

Control diferencial Power Functions con el 8879, por Sariel

Si deseamos controlar un vehículo con tracción diferencial, como una excavadora o un tanque, y que disponga además de un control de velocidad, necesitamos operar de forma simultánea sobre dos motores. Una forma de conseguir que dicho control sea intuitivo es siguiendo el montaje de la foto anterior, propuesto por Sariel, en el que el volante negro puede rotar en dos ejes como si fuera un cardan. De este modo podemos aplicar velocidades en el mismo sentido a los dos motores (para que avance o retroceda el vehículo) o en sentidos opuestos (para que gire).

Receptor
Receptor IR Power Functions 8884El receptor IR tiene dos salidas a las que se pueden conectar hasta dos funciones Power Functions diferentes. Con un receptor podemos por tanto controlar de forma independiente hasta dos dispositivos. El receptor tiene un cable en el que debemos conectar alguno de los dispositivos de alimentación citados anteriormente (caja de baterías o recargable). Esta fuente es la que alimentará a los dispositivos que conectemos a este receptor. Es decir, si queremos controlar remotamente un dispositivo Power Functions, deberá alimentarse forzosamente de forma indirecta a través del receptor que lo controla.Receptor IR Power Functions, vista posterior El receptor dispone de un sistema de selección de canales igual al del emisor 8885 que hemos comentado en las líneas anteriores. Si seleccionamos el canal 3 en el receptor, cualquier mando que tenga el canal 3 seleccionado controlará los dispositivos que tengamos conectados a este receptor.

La siguiente imagen, tomada por Mahjqa, muestra un sistema típico, en el que se ha conectado un motor grande y uno mediano a un receptor que está trabajando en el canal 1. Todo ello alimentado por una caja de baterías.

sistema Power Functions

Alexandre Campos nos muestra en la foto siguiente un ejemplo de uso atípico del Power Functions para controlar remotamente las agujas de un desvío.

Control de agujas con Power Functions, por Alexandre Campos

El receptor acciona al motor, que hace girar al actuador lineal que forzará el cambio de agujas al modificar su longitud. En caso de que el motor intente girar más de lo permitido físicamente por el montaje el limitador de par blanco lo impedirá.

Selección de canales
Bulldozer 8275Imaginemos que tenemos un vehículo cuyo funcionamiento requiere de 4 motores. Era el caso del bulldozer 8275, ya descatalogado, que necesitaba 2 motores independientes para controlar la tracción de sus orugas y otros dos independientes para manejar la pala. Traía 2 receptores (1 por cada dos motores) pero 1 solo mando. Si hubiéramos querido controlar simultáneamente las 4 funciones necesitaríamos dos mandos en paralelo, cada uno de ellos para controlar 2 motores, pero el bulldozer sólo disponía de un mando. Esto impedía el funcionamiento simultáneo de todas las funciones: el emisor sólo controlaba los dos motores que estuvieran conectados al mismo canal del emisor. Para controlar al bulldozer era necesario que sus dos receptores trabajaran sobre canales independientes. Por ejemplo, el receptor al que se conectaran los 2 motores de las orugas estaría conectados al canal 1, mientras que los dos motores de las palas estarían conectados al segundo receptor, que debería trabajar en un canal distinto, por ejemplo el 2. Dependiendo de lo que quisiéramos hacer en nuestro emisor iríamos poniendo el selector de canales en la posición 1 ó 2, para controlar las orugas o la pala respectivamente.

excavadora motorizada LEGO TECHNIC 8043

Sin embargo LEGO ha sido más ambicioso este año y la nueva excavadora motorizada 8043, que también dispone de 4 motores y 2 receptores, viene con dos emisores independientes que pueden operar en paralelo. Basta con que emparejemos cada uno de los emisores y receptores a un canal distinto. Es decir, en el 8043 sí que será posible controlar simultáneamente la pala y las orugas. Si nos fijamos en la fotografía anterior vemos que han tenido la precaución de posicionar los selectores de canales de los dos emisores en canales distintos.

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