Construye una Máquina Expendedora Inteligente con Arduino: Guía Mecatrónica DIY Completa

En este proyecto aprenderemos a hacer una máquina expendedora DIY basada en Arduino. Te muestro todo el proceso: corte y ensamblaje de tableros MDF, conexión de electrónica y programación Arduino.

Ver video o leer tutorial abajo.

Resumen

La máquina tiene 4 unidades dispensadoras con servos de rotación continua, sistema de transporte (carrier) con motores paso a paso, LCD, 4 botones para selección y detector de monedas.

El transportador quizás no sea tan útil en una expendedora real, pero mi idea era hacer el proyecto más interesante/complejo para aprender más. Ideal para estudiantes de electrónica/mecatrónica como proyecto final o entusiastas Arduino.

Construcción de la Máquina Expendedora

Empecé cortando tablero MDF 8mm a medida.

Medidas de modelo 3D previo.

Modelo 3D descargable en Thangs. Corte con sierra circular (banco de trabajo casero con sierra circular, router y sierra caladora, de mi pareja Marija - canal Creativity Hero).

Tras cortar paneles, hice aberturas en algunos con sierra caladora invertida. También para piezas pequeñas con múltiples cortes. ¡Cuidado: máquinas peligrosas!

Ensamblé paneles con cola madera y tornillos 3mm. Sargentos 90°, taladro para guías, avellanado. Algunos paneles con sargentos F.

Sistema de Raíles

Tubos aluminio cortados con sierra metal. Horizontal: 16mm diámetro, 2x 27cm. Vertical: 20mm, 3x 45cm. Ranuras en tablones 18mm con broca Forstner.

Deslizadores: tabla 21x21cm, agujeros 8mm, varillas roscadas 8mm, arandelas, tuercas, cojinetes 22mm. Deslizador horizontal: mismo método, cojinetes 16mm.

Al insertar deslizador vi holgura. Solución: reducir distancia entre raíles. Amplié ranuras, hice ranuras perpendiculares en tubos, varilla roscada para acercar raíles. Deslizadores firmes y funcionando.

Desmonté raíles para añadir elementos: tornillo 5mm lado izquierdo para polea correa horizontal + 2 cojinetes para raíl vertical izquierdo. Lado derecho: motor paso a paso horizontal. Motor en tabla MDF 8mm, pieza soporte, parte ranurada, todo pegado y atornillado a deslizador vertical.

Contenedor en deslizador horizontal: piezas madera pequeñas encoladas. Listo para ensamblar sistema raíles. Epoxi en ranuras, tabla lateral extra para rigidez.

Inserté conjunto entre raíles verticales y asegurés. Resultado: deslizadores y raíles funcionando excelentemente.

Correa dentada horizontal: medí, corté, brida al deslizador. Motor vertical arriba en MDF con tornillos. Polea abajo, correa similar.

Unidades Dispensadoras

Bobina helicoidal de alambre 3mm enrollado en lata spray 7cm diámetro.

Fijada a servo rotación continua con pistola silicona.

Panel Frontal

Puerta con bisagras, cierre magnético. Acrílico 5mm en abertura grande, chapa aluminio fina en abertura pequeña (derecha). 4 agujeros botones, aberturas monedas y LCD. Taladro y sierra arco. Electrónica en chapa, atornillada a puerta (tornillos 5mm).

2 micro interruptores para posición inicial del transportador. Guía para monedas (pegamento) que las lleva al fondo. Detector moneda: sensor proximidad IR (detecta moneda al pasar).

Esquema Eléctrico

Fuente 12V 2A+ (para 2 steppers + tira LED puerta). Buck converter LM2596 12V→5V para resto. 4 servos DS04-NFC rotación continua 5V PWM desde Arduino. 2 steppers con drivers A4988. 4 botones + 2 micro switches a GND y pines digitales Arduino (pull-up interno).

Componentes

• Convertidor DC-DC LM2596 Buck
• LCD 16×2
• Servo 360° rotación continua DS04-NFC (x4)
• Motor paso a paso NEMA 17 (x2)
• Driver A4988 (x2)
• Sensor proximidad IR
• Botones (x4)
• Micro final de carrera (x2)
• Arduino (Uno/Mega)

Conexiones con jumpers (un lío pero funciona). Tiras LED en puerta para iluminar interior.

Código Arduino

Código del proyecto con descripción abajo.

/* DIY Vending Machine - Arduino Mechatronics Project */
#include <LiquidCrystal.h> #include <Servo.h>
LiquidCrystal lcd(27, 26, 25, 24, 23, 22);
Servo servo1, servo2, servo3, servo4; // DS04-NFC

#define dirPinVertical 0 #define stepPinVertical 1
#define dirPinHorizontal 2 #define stepPinHorizontal 3
#define coinDetector 9
#define button1 13 #define button2 12 #define button3 11 #define button4 10
#define microSwitchV 15 #define microSwitchH 14
int buttonPressed;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  servo1.attach(4); servo2.attach(5); servo3.attach(6); servo4.attach(7);
  pinMode(dirPinVertical, OUTPUT); pinMode(stepPinVertical, OUTPUT);
  pinMode(dirPinHorizontal, OUTPUT); pinMode(stepPinHorizontal, OUTPUT);
  pinMode(coinDetector, INPUT);
  pinMode(button1, INPUT_PULLUP); pinMode(button2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(button3, INPUT_PULLUP); pinMode(button4, INPUT_PULLUP);
  pinMode(microSwitchV, INPUT_PULLUP); pinMode(microSwitchH, INPUT_PULLUP);
  
  // Posición inicial vertical
  digitalWrite(dirPinVertical, HIGH);
  while (true) {
    if (digitalRead(microSwitchV) == LOW) { moveUp(70); break; }
    digitalWrite(stepPinVertical, HIGH); delayMicroseconds(300);
    digitalWrite(stepPinVertical, LOW); delayMicroseconds(300);
  }
  // Posición inicial horizontal
  digitalWrite(dirPinHorizontal, LOW);
  while (true) {
    if (digitalRead(microSwitchH) == LOW) { moveLeft(350); break; }
    digitalWrite(stepPinHorizontal, HIGH); delayMicroseconds(300);
    digitalWrite(stepPinHorizontal, LOW); delayMicroseconds(300);
  }
}

void loop() {
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Insert a coin!");
  while (true) { if (digitalRead(coinDetector) == LOW) break; }
  delay(10);
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Select your item");
  lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" 1, 2, 3 or 4?");
  
  while (true) {
    if (digitalRead(button1) == LOW) { buttonPressed = 1; break; }
    if (digitalRead(button2) == LOW) { buttonPressed = 2; break; }
    if (digitalRead(button3) == LOW) { buttonPressed = 3; break; }
    if (digitalRead(button4) == LOW) { buttonPressed = 4; break; }
  }
  
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Delivering...");
  
  switch (buttonPressed) {
    case 1: // Ubicación 1
      moveUp(4900); delay(200); moveLeft(1700); delay(300);
      servo1.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo1.writeMicroseconds(1500); delay(500);
      moveRight(1700); delay(200); moveDown(4900); break;
    case 2: // Ubicación 2
      moveUp(4900); delay(200);
      servo2.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo2.writeMicroseconds(1500); delay(500);
      moveDown(4900); break;
    case 3: // Ubicación 3
      moveUp(2200); delay(200); moveLeft(1700); delay(300);
      servo3.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo3.writeMicroseconds(1500); delay(500);
      moveRight(1700); delay(200); moveDown(2200); break;
    case 4: // Ubicación 4
      moveUp(2200); delay(200);
      servo4.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo4.writeMicroseconds(1500); delay(500);
      moveDown(2200); break;
  }
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Item delivered!"); delay(2000);
}

// Funciones movimiento
void moveUp(int steps) { /* ... */ }
void moveDown(int steps) { /* ... */ }
void moveLeft(int steps) { /* ... */ }
void moveRight(int steps) { /* ... */ }

Explicación del Código

Incluimos librerías Servo y LiquidCrystal, definimos pines LCD, 4 servos, pines steppers, detector moneda, 4 botones, 2 micro switches.

Setup: modos de pines. Botones y micro switches con pull-up interno (HIGH en reposo, LOW al pulsar). Antes del loop principal, posicionamos carrier en inicio definido por micro switches (bucles while hasta pulsar).

Loop principal: imprime "Insert a coin". Bucle while espera moneda (detector IR → LOW). Sale con break.

while (true) {
  if (digitalRead(coinDetector) == LOW) break;
}

Imprime "Select your item". Otro while espera botón.

while (true) {
  if (digitalRead(button1) == LOW) { buttonPressed=1; break; }
  // ... botones 2,3,4
}

Imprime "Delivering". Switch según botón: mueve carrier con funciones moveUp(), moveLeft(), etc., acciona servo correspondiente (2000μs = gira, 1500μs = para), vuelve a inicio.

Función moveUp() ejemplo:

void moveUp(int steps) {
  digitalWrite(dirPinVertical, LOW);
  for (int x=0; x