82
Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para vehículo de guiado autónomo en movimiento utilizando sensores de ultrasonido y comunicaciones bajo el protocolo MIWI. Roberto Stiven Ramirez Sierra [email protected] Luis Felipe Gómez Botero, [email protected] Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Electrónico Asesor: Gustavo Meneses Benavides, Especialista (Esp) en Msc. Ingeniería Universidad de San Buenaventura Colombia Facultad de Ingenierías Ingeniería Electrónica Medellín, Colombia 2017

Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para vehículo de guiado autónomo en

movimiento utilizando sensores de ultrasonido y comunicaciones bajo el protocolo MIWI.

Roberto Stiven Ramirez Sierra [email protected]

Luis Felipe Gómez Botero, [email protected]

Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Electrónico

Asesor: Gustavo Meneses Benavides, Especialista (Esp) en Msc. Ingeniería

Universidad de San Buenaventura Colombia

Facultad de Ingenierías

Ingeniería Electrónica

Medellín, Colombia

2017

Page 2: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

Citar/How to cite [1]

Referencia/Reference

Estilo/Style:

IEEE (2014)

[1] R. S. Ramirez Sierra y L. F. Gómez Botero, “Sistema de trilateración 2d en

espacios interiores para vehículo de guiado autónomo en movimiento utilizando

sensores de ultrasonido y comunicaciones bajo el protocolo MIWI.”, Trabajo de

grado Ingeniería Electrónica, Universidad de San Buenaventura Medellín,

Facultad de Ingenierías, 2017.

Grupo de Investigación en modelamiento y simulación computacional (GIMSC).

Línea de investigación en robótica sistemas de control y de telecomunicaciones (LIRSCT).

Bibliotecas Universidad de San Buenaventura

Biblioteca Fray Alberto Montealegre OFM - Bogotá.

Biblioteca Fray Arturo Calle Restrepo OFM - Medellín, Bello, Armenia, Ibagué.

Departamento de Biblioteca - Cali.

Biblioteca Central Fray Antonio de Marchena – Cartagena.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Universidad de San Buenaventura Colombia - http://www.usb.edu.co/

Bogotá - http://www.usbbog.edu.co

Medellín - http://www.usbmed.edu.co

Cali - http://www.usbcali.edu.co

Cartagena - http://www.usbctg.edu.co

Editorial Bonaventuriana - http://www.editorialbonaventuriana.usb.edu.co/

Revistas - http://revistas.usb.edu.co/

Biblioteca Digital (Repositorio)

http://bibliotecadigital.usb.edu.co

Page 3: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

Dedicatoria

Dedicado a nuestras familias que nos han motivado y apoyado en nuestra formación académica,

creyeron en nosotros y en nuestras habilidades.

A nuestros profesores a quienes les debemos parte de nuestros conocimientos, gracias por su

tolerancia y su buena enseñanza.

Page 4: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

Agradecimientos

Ante todo, agradecer a nuestras familias por todo su apoyo y paciencia, porque sin ellas nada de

esto habría sido posible.

Gracias también a todos aquellos (amigos, compañeros, profesores...) que nos han apoyado y

ayudado durante todos estos años.

Page 5: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ..................................................................................................................................... 10

I. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 12

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA........................................................................... 13

III. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... 14

IV. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 15

A. Objetivo general .................................................................................................................... 15

B. Objetivos específicos ............................................................................................................. 15

V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................................ 16

VI. ANTECEDENTES ............................................................................................................. 17

A. Sistema de Localización Active Badge .............................................................................. 20

B. Sistema de Localización por Nodos ................................................................................... 21

VII. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 24

A. Trilateración Por Ultrasonido ............................................................................................. 24

1) Velocidad de propagación de la onda .............................................................................. 28

2) Incertidumbre de la detección .......................................................................................... 28

3) Incertidumbre en la medida del tiempo ........................................................................... 29

B. Comunicación Inalámbrica: Protocolo MiWi .................................................................... 31

1) Topología Estrella............................................................................................................ 32

2) Topología Peer to Peer (P2P) .......................................................................................... 33

C. Programación de Nodos con MiWi .................................................................................... 34

D. Interfaz de Programación de Aplicaciones (API) del Protocolo MiWi: MiApp ................ 35

E. Control de servomotores .................................................................................................... 35

F. Microcontroladores PIC ..................................................................................................... 37

Page 6: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

G. Vehículo de Guiado Autónomo (AGV) y Sistemas de Recuperación y Almacenamiento

Automatizado (ASRS) ................................................................................................................ 39

H. Diseño en Eagle de la tarjeta electrónica ........................................................................... 40

I. Módulo bluetooth rn-41 ..................................................................................................... 42

VIII. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 43

A. Etapas del desarrollo .......................................................................................................... 43

1) Programación ................................................................................................................... 43

2) Comunicación Inalámbrica MiWi ................................................................................... 45

3) Sonar Ultrasónico ............................................................................................................ 46

4) LCD ................................................................................................................................. 47

5) Estructura Nodos ............................................................................................................. 48

6) Estructura Vehículo de Guiado Autónomo ..................................................................... 49

7) Diseño y desarrollo de PCBs ........................................................................................... 50

8) Interfaz Grafica ................................................................................................................ 51

B. Desarrollo de Pruebas. ........................................................................................................ 52

IX. RESULTADOS .................................................................................................................. 57

A) Primera etapa de pruebas: Distancias medidas por el AGV. .............................................. 57

B) Segunda Etapa de pruebas: Trilateración con la información de los nodos. ...................... 59

C) Tercera etapa de pruebas: trilateración con la información de los nodos y el AGV. ......... 61

D) Cuarta etapa de pruebas: Completo funcionamiento. ......................................................... 63

X. DISCUSIÓN ....................................................................................................................... 65

XI. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 67

REFERENCIAS…………………………………………………………………………………. 70

ANEXOS………………………………………………………………………………………... 71

Page 7: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

LISTA DE TABLAS

Tabla I. Medidas de posiciones del objeto ..................................................................................... 57

Tabla II. Medidas de distancias obtenidas ..................................................................................... 58

Tabla III. Medidas de distancias obtenidas en intervalos definidos ............................................... 58

Tabla IV. Resultados de ángulos medidos ..................................................................................... 59

Tabla V. Precisión de las medidas en los puntos determinados. .................................................... 59

Tabla VI. Precisión de las medidas de los ángulos determinados .................................................. 60

Tabla VII. Medidas obtenidas de la dirección y posición del vehículo autónomo AGV ............... 61

Tabla VIII. Precisión de las medidas en los puntos determinados ................................................. 62

Tabla IX. Precisión de las medidas de los ángulos determinados .................................................. 62

Tabla X. Medidas obtenidas de la dirección y posición del vehículo autónomo AGV ................. 63

Tabla XI. Resultados del funcionamiento completo del sistema trilateracion. .............................. 64

Page 8: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1.. Active bat system network. ................................................................................................ 19

Fig. 2.. Coordenadas del nodo mediante la medición de distancia de un objeto ............................ 21

Fig. 3.. Sistema automático crucero adaptativo. ............................................................................ 22

Fig. 4.. Red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas. ....................................................... 23

Fig. 5.. Funcionamiento de un sonar. ............................................................................................. 24

Fig. 6.. Zona muerta ....................................................................................................................... 26

Fig. 7.. Dependencia de la señal según la inclinación. ................................................................... 27

Fig. 8.. Energía emitida por la onda ultrasónica en todas las direcciones. ..................................... 28

Fig. 9.. Principio de Trilateracion. ................................................................................................. 30

Fig. 10.. Organización del protocolo MiWi. .................................................................................. 31

Fig. 11.. Topología de estrella. ....................................................................................................... 33

Fig. 12.. Topología Peer to Peer ..................................................................................................... 33

Fig. 13.. Señal de control del servomotor micro servo Tower Pro sg90 ........................................ 36

Fig. 14.. Servomotor micro Tower Pro servo sg90 ........................................................................ 36

Fig. 15.. Estructura de un microcontrolador ................................................................................... 37

Fig. 16.. Tabla comparativa PIC Microchip ................................................................................... 39

Fig. 17..Prototipo de Diseño AGV ................................................................................................. 40

Fig. 18.. Esquemático de la tarjeta electrónica ............................................................................... 41

Fig. 19.. Placa de circuito electrónico ............................................................................................ 41

Fig. 20.. Programación del microcontrolador ................................................................................ 44

Fig. 21.. Pruebas de la trilateracion del AGV. ............................................................................... 45

Fig. 22.. Módulo MIWI MRF24J40MA. ....................................................................................... 45

Fig. 23.. Montaje del sensor ultrasonido y servomotor. ................................................................. 47

Fig. 24.. Montaje completo del Nodo ............................................................................................. 48

Fig. 25.. Estructura del vehículo AGV ........................................................................................... 49

Fig. 26.. Desarrollo de la PCB. ...................................................................................................... 51

Fig. 27.. Interface gráfica de la ubicación del AGV ...................................................................... 52

Fig. 28.. Pruebas de presión para calcular la distancia del AGV ................................................... 53

Fig. 29.. Pruebas de presión para calcular la distancia del AGV en diferentes puntos del plano. . 54

Page 9: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

Fig. 30.. Pruebas de presión para calcular la posición del AGV en 5 puntos diferentes del plano 55

Fig. 31.. Pruebas de funcionamiento con todo el sistema integrado. ............................................. 56

Page 10: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 10

RESUMEN

En la actualidad el posicionamiento de objetos, vehículos y personas es muy común, en su gran

mayoría este tipo de interacciones están de la mano con sistemas GPS, los cuales otorgan

información detallada de la ubicación en exteriores, sin embargo, este tipo de tecnología no se

presta cómodamente para aplicaciones en espacios interiores, como lo podría ser la ubicación de

vehículos guiados autónomos dentro de un centro de distribución, principalmente debido a la falta

de precisión y de información sobre la disposición de los espacios interiores.

A partir de un método geométrico para el cálculo de coordenadas de puntos desconocidos, se

pretende desarrollar un sistema capaz de detectar la posición de un objeto en movimiento dentro

de un espacio interior con la ayuda de dispositivos electrónicos como microcontroladores,

servomotores, sensores de ultrasonido y elementos de comunicaciones electrónica; al igual que

software para visualización, procesamiento y lectura de la información. Adicional se busca

desarrollar un vehículo guiado autónomo capaz de integrarse con el sistema desarrollado a partir

de comunicaciones inalámbricas, el cual podrá corroborar su posición de acuerdo a la información

captada por sus sensores y a la información recibida del sistema de posicionamiento.

Las pruebas se realizarán en uno de los laboratorios de electrónica de la Universidad de San

Buenaventura seccional Medellín, tratando de recrear un ambiente con condiciones controladas

para realizar los experimentos necesarios y verificar la trilateracion en espacios interiores.

Palabras clave: Sistemas GPS, Comunicaciones inalámbricas, Ultrasonido, trilateracion, Calculo

de cordenadas, Vehiculo guiado.

Page 11: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 11

ABSTRACT

At present the positioning of objects, vehicles and people is very common, in the vast majority of

these interactions are hand in hand with GPS systems, which provide detailed information of the

outdoor location, however, this type of technology does not Lends itself comfortably to

applications in interior spaces, such as the location of autonomous guided vehicles inside a

distribution center, mainly due to the lack of precision and information about the layout of the

interior spaces.

From a geometric method for the calculation of coordinates of unknown points, it is intended to

develop system to able of detecting the position of a moving object within an interior space with

the help of electronic devices such as microcontrollers, servo motors, ultrasonic sensors and

Electronic communication elements; As well as software for viewing, processing and reading

information. Additional aim is to develop an autonomous guided vehicle to able of integrating with

the system developed from wireless communications, which can corroborate its position according

to the information captured by its sensors and the information received from the positioning system.

The tests will be carried out in one of the electronic laboratories of the University of San

Buenaventura sectional Medellín, trying to recreate an environment with controlled conditions to

perform the necessary experiments and verify the trilateration in interior spaces.

Keywords: GPS System, Wireless Communications, Ultrasound, trilateration, Calculation of

coordinates, Guided vehicle.

Page 12: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 12

I. INTRODUCCIÓN

Los avances de la tecnología han fomentado el desarrollo de las comunicaciones inalámbricas

(WiFi, Bluetooth, MiWi, GSM, etc.). El uso de dispositivos capaces de transmitir la información

por medio de protocolos inalámbricos ha impulsado la demanda de aplicaciones ideales para el

contexto.

Por tal motivo, para muchos escenarios como son la posición, coordinación de objetos y equipos

de campo, la información de localización se ha convertido en información esencial e indispensable

y en la actualidad es muy común el uso de GPS, (Global Positioning System) como principal

alternativa para la localización de vehículos, personas y objetos.

En la mayoría de los casos estos sistemas son poco viables para desarrollos a gran escala o en

sistemas móviles en espacios reducidos, teniendo en cuenta que existen otras limitantes las cuales

están íntimamente relacionadas a las características de exactitud, precisión, disponibilidad, costo,

cobertura, y una última y más importante característica que tiene que ver con el hecho de que este

tipo de tecnología no se presta cómodamente para aplicaciones en espacios interiores.

Este trabajo pretende desarrollar un sistema capaz de detectar la posición de un objeto en

movimiento dentro de un espacio interior con la ayuda de dispositivos electrónicos como

microcontroladores, servomotores, sensores de ultrasonido y elementos de comunicaciones

electrónica; al igual que software para visualización, procesamiento y lectura de la información.

Adicional se busca desarrollar un vehículo guiado autónomo capaz de integrarse con el sistema

desarrollado a partir de comunicaciones inalámbricas, el cual podrá corroborar su posición de

acuerdo a la información captada por sus sensores y a la información recibida del sistema de

posicionamiento.

Page 13: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 13

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La referenciación de un cuerpo u objeto en un espacio interior utilizando unas coordenadas de

ubicación no es una tarea fácil, mucho menos si este cuerpo se encuentra en movimiento. En

algunas aplicaciones como en los sistemas de logística o en los sistemas de recuperación y

almacenamiento automático (ASRS) la ubicación de los vehículos guiados autónomos, es de gran

utilidad para efectos de trazabilidad de la mercancía o de los objetos manipulados por cada uno de

los vehículos. Actualmente existe la posibilidad de integrar sistemas de sensores y de

comunicaciones electrónicas para tratar de resolver el problema de la trilateración en ambientes

interiores. Si se desarrolla una solución en este sentido es posible escalarla a diferentes ámbitos

para complementar sistemas existentes de gran importancia en la industria, como los ya

mencionados ASRS.

¿Cómo implementar el sistema de trilateración 2D para la realización de pruebas con un vehículo

guiado autónomo en movimiento?

A partir del trabajo de grado realizado sobre un sistema de trilateración presentado el semestre

2015-2, se puede dar un nuevo alcance a dicha investigación, con el cual se pretende poder verificar

el funcionamiento del sistema en condiciones dinámicas con el uso de un vehículo guiado

autónomo, apoyados en la implementación de sensores, microcontroladores, protocolos de

comunicación inalámbrica e instrumentos virtuales.

Page 14: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 14

III. JUSTIFICACIÓN

Los sistemas de localización son aquellos que tratan de obtener la posición de una persona u objeto

en un instante de tiempo. Estos sistemas están ganando importancia debido a la gran cantidad de

aplicaciones y soluciones que ofrecen. El avance constante de la tecnología ha llevado a desarrollar

equipos y dispositivos los cuales nos permiten obtener información acerca de la ubicación de un

sujeto u objeto con gran precisión y exactitud.

No obstante, los sistemas de posicionamiento desarrollados hasta hoy presentan ventajas que los

han hecho ideales para determinado tipo de aplicaciones como es el caso de la localización de

objetos en espacios exteriores, teniendo en cuenta que dicha tecnología conlleva altos costos de

infraestructura y es poco precisa al momento de ser implementada en espacios interiores. En este

sentido, el diseño de un sistema capaz de determinar la posición de un objeto con gran precisión y

exactitud en espacios interiores y además de esto a un bajo costo, plantea retos tecnológicos y

ofrece una excelente solución a necesidades públicas en estaciones, hospitales, universidades,

hoteles, cafeterías etc. Para estas y muchas otras actividades que se realizan en espacios interiores

es vital conocer la posición en la que se encuentran los objetos.

Page 15: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 15

IV. OBJETIVOS

A. Objetivo general

Implementar un sistema de prueba para verificar la trilateración en dos dimensiones (2D) en

espacios interiores, para un prototipo de vehículo de guiado autónomo utilizando medición de

distancia con sensores de ultrasonido y comunicaciones inalámbricas bajo el protocolo MiWi de

Microchip.

B. Objetivos específicos

Desarrollar un sistema para la trilateración de un objeto en movimiento en un espacio

interior bajo condiciones controladas con sincronización de las mediciones de los sensores.

Rediseñar la interfaz gráfica de usuario para calcular las coordenadas del proceso de

trilateración y visualizar los resultados de las pruebas en condiciones dinámicas.

Diseñar el objeto móvil utilizado en cuanto a la adaptación del sensor, los circuitos de

comunicaciones y su forma física para favorecer el funcionamiento del sistema de

trilateración 2D.

Verificar el funcionamiento del sistema desarrollado mediante la realización de pruebas

experimentales en el espacio interior elegido para tal fin.

Page 16: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 16

V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

Actualmente debido al desarrollo de protocolos y dispositivos de comunicación existe la

posibilidad de integrar sistemas de sensores y dichas comunicaciones electrónicas para tratar de

resolver el problema de la trilateración en ambientes interiores.

Como desarrollar un sistema de trilateración 2D para la realización de pruebas con un vehículo

guiado autónomo en movimiento con el cual se pretende poder verificar el funcionamiento del

sistema de trilateracion en espacios interiores y en condiciones dinámicas con el uso de un vehículo

guiado autónomo, apoyados en la implementación de sensores, microcontroladores, protocolos de

comunicación inalámbrica e instrumentos virtuales.

Page 17: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 17

VI. ANTECEDENTES

Hoy en día las grandes fábricas cuentan con complejos sistemas de automatización, desde sistemas

ensambladores hasta sistemas inteligentes de climatización, todos estos sistemas se encuentran

dispuestos según las necesidades de cada una de las industrias y aplicación según contexto.

Según la industria y la aplicación podemos encontrar sistemas de recuperación y almacenamiento

automatizado (ASRS) que cada día toman más fuerza en diferentes campos como son en las

grandes fábricas de automotores y empresas especializadas en el área de logística para

almacenamiento y recuperación, que debido al entorno económico en el que se desenvuelven en la

actualidad las obliga a ser más dinámicas y cambiantes llevándolas a ser eficientes en lo que se

refiere al consumo de tiempo y costos exagerados que se presentan.

Según investigaciones hechas por el Departamento de Mecatrónica de la Universidad Internacional

Islámica de Malasya (Articulo de investigación publicado por la IEEE) que lo integraban M. M.

Rashid, Banna Kasemi, Mahmudur Rahman contribuyeron a un nuevo prototipo que tiene que ver

con los sistemas ASRS en una nueva versión, los cuales tuvieron resultados muy exitosos. [1] Este

sistema implementado de recuperación y almacenamiento automatizado, posee conocimientos

tanto mecánicos, eléctricos, electrónicos e ingeniería computarizada para un sistema de

almacenamiento en depósito y recuperación, el cual fue acoplado a comunicaciones inalámbricas

de tecnología XBee, módulos de RF, microcontroladores, motores de corriente continua (DC) y

utilizando circuitos integrados para el control de giro de motores, identificación por radiofrecuencia

(RFID), baterías de voltaje, entre otros que fueron de utilidad a la investigación logrando obtener

el prototipo de robot móvil para los sistemas de recuperación y almacenamiento [1].

El diseño del prototipo para el sistema de ASRS tiene como resultado la capacidad de elevar objetos

y transferirlos a ubicaciones preestablecidas, utilizando comunicación inalámbrica los prototipos

se encargan de registrar la ubicación para posteriormente recuperar dicho objeto; Una vez que el

usuario ordena al robot que se encargue de recuperar los objetos respectivos, el robot debe

recuperar correctamente los objetos y nuevamente colocarse disponible para el usuario.

Page 18: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 18

Su funcionamiento tiene como característica principal capturar la posición inicial, La ubicación del

robot se planifica y se define según el desplazamiento a realizar. La Posición inicial actúa como un

punto de inicio del robot en movimiento. Una vez que el robot se mueve para realizar la tarea dada

por el usuario, al finalizar dicha tarea, este debe ser capaz de volver a su posición inicial y ubicarse

en la zona de entrada o salida preestablecida anteriormente [1].

En la tesis de grado desarrollada en la facultad de informática de la

Universidad de Marasik enfocada al Sistema de localización para dispositivos móviles autónomos,

su autor Peter Langer describe las técnicas de localización en espacios interiores, así como las

técnicas basadas en exteriores ya conocidas hoy en día como GPS (sistema de posicionamiento

global), GNSS (sistemas satelitales de navegación global), etc. En este describe un ejemplo

interesante de sistemas de localización en espacios interiores, como lo es active bat (murciélago

activo), basado en un sistema de localización para mediciones del tiempo de vuelo de pulsos de

ultrasonido, caracterizado por un dispositivo pequeño portable llamado bats y beacons (balizas)

montados en un techo, La posición de un bats se consulta bajo una red tipo broadcast donde se

envía la información a una multitud de receptores de manera simultánea, sin necesidad de

reproducir la misma transmisión punto por punto; todo esto para notificar al sistema de su presencia

( esto se conoce como registro) . Cuando un bats recibe una consulta, responde mediante la emisión

de un impulso de ultrasonido que es detectada por los receptores montados en el techo. Si el pulso

enviado es detectado por tres o más receptores montados en el techo, la posición se calcula por un

método llamado multilateración, que calcula de manera única la posición del objeto [2].

El principal problema con este enfoque es que la tasa promedio a la que cada bat se puede consultar

es inversamente proporcional al número de los bats siendo rastreado por el sistema. Si 10 bats están

siendo rastreados entonces la frecuencia media a la que se consulta cada bat es de 5 Hz. Si 50 bats

están siendo rastreados entonces este cae a 1 Hz [2].

Por lo tanto, el sistema active bat como se ha descrito anteriormente no se adapta bien para soportar

un gran número de nodos. Una solución para el problema de este tipo, consiste en implementar un

sistema fijo encargado de calcular sus propias posiciones basadas en las transmisiones recibidas de

balizas estáticas instaladas en un punto determinado. Tales sistemas permiten un número

Page 19: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 19

arbitrariamente grande de nodos para posicionarse al mismo tiempo sobre la base de las mismas

transmisiones [2].

En un sistema de localización, su función es determinar la ubicación actual de un objeto dentro de

un sistema dado de coordenadas. En desarrollos de tecnologías como el GPS (sistema de

posicionamiento global), GNSS (sistemas satelitales de navegación global), Hay diferentes

enfoques básicos para la determinación de la ubicación de un objeto.

Uno de los primeros enfoques en analizar y de suma importancia es la localización por medio de

puntos de referencia, En este enfoque el sistema de localización se encarga de la selección

particular de un conjunto de puntos de referencia de coordenadas conocidas. Los puntos de

referencia preestablecidos pueden ser fijos o en movimiento dentro del sistema de coordenadas

seleccionado, Si el conjunto de puntos se desplaza, estos deben seguir una trayectoria predefinida

para que sus coordenadas se pueden determinar exactamente [3].

Fig. 1.. Active bat system network.

Tomado de: https://goo.gl/zmZYI5.

Page 20: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 20

Si se conocen las coordenadas de mínimo tres puntos de referencia al momento de realizar cada

medición, se puede calcular las coordenadas del punto resolviendo un sistema de ecuaciones. Para

estos tipos de sistemas descritos anteriormente se deben de tener límites como puntos de referencia.

Estos límites se utilizan para delimitar espacios físicos garantizando que las mediciones se

realizaran según la delimitación del espacio predeterminado [3].

Otro de los enfoques a describir es el enfoque que determina la posición del objeto con respecto a

algún punto de partida utilizando la dinámica del movimiento de dicho objeto. Por ejemplo, si un

objeto se pone en movimiento desde un punto a lo largo de una dirección y a una velocidad

constante, sus coordenadas con respecto al tiempo se dan basados en la capacidad del objeto en

movimiento para medir con precisión su dinámica. El objeto genera una estimación de la posición

y se requiere de una dinámica de medidas tales como la velocidad y la aceleración que se integrarán

para dar una exactitud en la medida. Este enfoque sufre de un inconveniente y es debido a la

estimación en las medidas que genera una acumulación de errores y por este motivo para desarrollar

una mayor precisión, la mayoría de los sistemas de localización se implementan utilizando puntos

de referencia, o el uso de una combinación de puntos de referencia y la estimación de estos [3].

A. Sistema de Localización Active Badge

El sistema active badge fue uno de los primeros sistemas de localización en espacios cerrados. Este

sistema funciona realizando seguimiento de la ubicación de objetos y usuarios en una base de

ubicaciones ya definida. Los objetos son rastreados por medio de una placa fija y esta se encarga

de transmitir su identificador único cada 15 segundos utilizando un transmisor infrarrojo. Los

receptores de infrarrojos fijos que pueden ir sujetos a dichos objetos o usuarios recogen la

información y luego la transmiten a través de una red cableada a la base de datos central [3].

La desventaja de este sistema es que solo se puede conocer la posición del objeto cada 15 segundos,

pero este tiempo es suficiente para monitorear el movimiento del objeto o usuario en un espacio

interior.

Page 21: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 21

B. Sistema de Localización por Nodos

En este sistema la información de posición necesita puntos o nodos de referencia con coordenadas

preconfiguradas. Las coordenadas de estos nodos de referencia pueden ser coordenadas definidas

en un límite espacial local, o pueden ser coordenadas globales como en un GPS. Si estas

coordenadas son locales, la información de posición dentro del sistema de ubicación también es

local, usando nodos de referencia con receptores GPS, Un sistema de coordenadas local 3D o 2D

puede ser traducido a un sistema de coordenadas globales [3].

Los métodos de posicionamiento por medio de señales ultrasónicas son métodos de medición que

utilizan ondas sonoras para determinar la posición del objeto que se está midiendo. El dispositivo

mide la cantidad de tiempo que tarda la onda de sonido reflejada para volver al receptor. La medida

de éxito depende de la reflexión del material, el desplazamiento en línea recta hacia el receptor de

la señal. Sin embargo, hay diversas condiciones que afectan la señal de retorno. Factores tales como

el polvo, vapores pesados, obstrucciones, la rugosidad y los ángulos de las superficies, pueden

Fig. 2.. Coordenadas del nodo mediante la medición de distancia de un objeto

Tomado de: (N. B. Priyantha, «The Cricket Indoor Location System, » S.M. Computer Science, Massachusetts

Institute of Technology, 2005).

Page 22: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 22

afectar a la señal de retorno. Es por ello que al momento de trabajar con este tipo de señales se

tengan en cuenta dichas condiciones [4].

Actualmente, las técnicas de detección de láser, radar, infrarrojos y rayos de ultrasonidos se han

aplicado ampliamente en la industria. Uno de los mejores ejemplos son el de los vehículos

equipados con sistemas de seguridad activos para reducir el riesgo de accidentes, la mayoría de

estos se aplican en los entornos urbanos.

Todos estos sistemas utilizan diferentes tipos de sensores para monitorear constantemente las

condiciones del vehículo y actuar en caso de emergencia, una aplicación ideal para evaluar la

efectividad de estos sistemas fue crucero adaptativo (ACC) que permite fijar una velocidad de

conducción y mantenerla de forma automática sin tener que usar el acelerador. Este sistema se

llevó a cabo mediante el uso de sensores ultrasónicos, el prototipo automatizado se probó en

condiciones reales en los sistemas de seguridad activos para el tráfico urbano. Los resultados

arrojados confirman el buen desempeño de los sensores ultrasónicos en estos sistemas [4].

Fig. 3.. Sistema automático crucero adaptativo.

Tomado de: https://goo.gl/H5JZP5

Page 23: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 23

Estos avances e investigaciones realizadas en cuanto a sistemas autónomos y de localización, van

ligados a sistemas de comunicación inalámbrica actuales, los cuales difieren los unos de los otros

desde el protocolo de comunicación hasta los medios de recepción y transmisión, por tal motivo

hoy nos encontramos con infinidad de posibilidades en cuanto a comunicaciones inalámbricas, sin

embargo la prestación para la cual se pretenden y su necesidad es la que nos indica cual todas las

posibilidades en comunicación es la mejor, como lo expone Miguel Mariano Martínez en su trabajo

de fin de carrera para la Universidad de la Rioja, donde elige el protocolo MiWi como protocolo

de comunicación para un sistema de control y monitoreo de varias plataformas en una explotación

agrícola, por encima de otros protocolos más utilizados en la instrumentación electrónica,

principalmente por su sencillez para crear una red [5].

Fig. 4.. Red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas.

Tomado de: M. M. Martínez, «Desarrollo de red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas,» 2013.

Page 24: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 24

VII. MARCO TEÓRICO

A. Trilateración Por Ultrasonido

Se conocen como ultrasonidos, a las ondas acústicas superiores a la máxima frecuencia

auditiva perceptible por el ser humano. Nominalmente esto incluye frecuencias sobre 20

kHz, pero habitualmente se trabaja entre los rangos de 1 y 20 Mhz.

Las principales aplicaciones de los ultrasonidos frente a las ondas de radio convencionales

en el ámbito de la localización vienen del hecho que la velocidad de los ultrasonidos es

aproximadamente la velocidad del sonido = 343m/s, mientras que las ondas de radio viajan

a la velocidad de la luz c = 108 m/s. Esto permite mandar un mensaje radio y un pulso de

ultrasonidos en el mismo instante desde un emisor y ver la diferencia entre el tiempo de

llegada del paquete radio y del pulso de ultrasonidos en el receptor, con lo que se puede

extraer la información sobre la distancia relativa. Esto se conoce como Time Difference

of Arrival (TDoA) [6, p. 11].

Para calcular distancia también se puede utilizar simplemente el tiempo de llegada

(Time of Arrival, ToA) del pulso de ultrasonidos, en caso de que el emisor y el

receptor sepan a la vez cuando se ha emitido el pulso de ultrasonidos. Para calcular

Fig. 5.. Funcionamiento de un sonar.

Tomado de: https://goo.gl/KgKrfO

Page 25: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 25

la distancia es muy sencillo, sólo se ha de tener en cuenta que la señal rebota en el

blanco y vuelve, con lo que recorre dos veces esta separación [6].

𝑑 = 𝑉𝑆 ∗ 𝑡

2

Donde 𝑉𝑆 es la velocidad del sonido y 𝑡 es el tiempo que tarda la onda en llegar hasta

el blanco, rebotar y volver de nuevo al emisor.

Para la mayoría de aplicaciones de localización con ultrasonidos el emisor y el

receptor están separados, y deberán tener línea de visión directa entre ellos (Line of

Sight, LOS). Esto implica que ambos deben estar encarados, de manera que la señal

llega de uno a otro directamente, sin rebotes. No obstante, es posible utilizarlo en

situaciones sin línea de visión directa (Non-Line of Sight, NLOS), aunque se ha de

lidiar con alcances menores debido a la disipación de energía de las ondas acústicas

al rebotar en la mayoría de superficies [6, p. 12].

Al usar ultrasonidos se ha de tener en cuenta algunos conceptos básicos como son

la zona muerta, en la cual no se puede detectar exactamente el objeto u obstáculo

presente, Esta es la distancia entre la membrana que sensa y el mínimo rango de

sensibilidad del sensor. Si el objeto está demasiado cercano, la señal ultrasónica

puede chocar contra el objeto u obstáculo antes de que dicha señal haya dejado el

transductor, por lo tanto, la información del eco que se devuelve al sensor es

ignorada por el transductor, ya que este está todavía transmitiendo y no recibiendo.

Si el objeto está demasiado cerca puede ocurrir otro problema, que el eco generado

se refleje sobre la membrana sensora y viaje de nuevo hacia el objeto. Estos ecos

múltiples pueden dar lugar a errores cuando el objeto está dentro de la zona muerta

[7, p. 18].

Page 26: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 26

El rango máximo es el parámetro en el que este tipo de sensor puede detectar cada

objeto y cada aplicación se determina mediante experimentación. Otro concepto

básico es el ángulo del cono de emisión que está formado por los puntos del espacio

en los que la señal del sensor es atenuada por lo menos 3dB. Fuera de este cono la

señal de ultrasonidos existe, pero es bastante débil. Este cono debe determinarse

experimentalmente y dentro de él pueden detectarse los objetos [7, p. 19].

El sensor de ultrasonidos emite un haz de sonido en forma de cono que elimina los

lóbulos laterales. Es importante el tamaño del objeto respecto del tamaño de la zona

que abarca el haz. Teóricamente, el objeto más pequeño detectable es aquel que

mide la mitad de la longitud de onda de la señal del sensor de ultrasonidos. Para

215KHz, la longitud de onda de la señal es de 0.063”, por lo que, bajo condiciones

ideales, estos sensores son capaces de detectar objetos con un tamaño mínimo de

0.032”. Normalmente los objetos son grandes, por lo que son detectados a varias

distancias con cálculos de medición entre los 2cm-4,5m lo cual posee una precisión

bastante alta y de bajo costo [7, p. 20].

Si un objeto liso es inclinado a más o menos 3 grados de inclinación con respecta a la normal del

eje de emisión de la señal de ultrasonidos, una parte de la señal es desviada del sensor y la distancia

Fig. 6.. Zona muerta

Tomado de: E. G. Sanz, «Implementacion de sensores de ultrasonidos en un sistema autonomo de tiempo real,»

2003.

Page 27: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 27

de detección disminuye. Sin embargo, para objetos pequeños situados cerca del sensor, la

desviación respecto a la normal puede aumentar hasta más o menos 8 grados. Si el objeto está

inclinado más o menos 12 grados con respecto a la normal del eje, toda la señal es desviada fuera

del sensor y este no es capaz de captar la señal ocasionando que no responda.

La señal que choca contra un objeto de superficie rugosa se difunde y refleja en todas las

direcciones y parte de la energía vuelve al sensor como un eco débil lo que genera datos imprecisos

y variaciones amplias de medida [7, p. 22].

Los sensores de ultrasonidos producen lecturas bastante aproximadas a la realidad con rangos de

tolerancias de cm, pero la capacidad de repetir la señal exacta es casi nula, en la figura 4 se observan

los mapas que se reconstruyen en tiempo real de un mismo entorno de navegación de diferentes

experimentos. Los sensores de distancia por emisión de ultrasonidos permiten modelar entornos

dinámicos en la forma en la que emiten y recogen las ondas de sonido [7].

Fig. 7.. Dependencia de la señal según la inclinación.

Tomado de: E. G. Sanz, «Implementación de sensores de ultrasonidos en un sistema autónomo de tiempo real,»

2003.

Page 28: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 28

A continuación, se describe cada uno de las posibles fuentes de errores de medida las cuales se

encuentran fundamentadas en la imprecisión de la medida del tiempo y las variaciones de la en la

velocidad de la onda.

1) Velocidad de propagación de la onda

La velocidad del sonido se ve muy afectada por la temperatura y por la humedad generando

posibles errores de medida [7].

2) Incertidumbre de la detección

Las variaciones de mediada son ocasionadas por la reflexión de las ondas en distintos tipos de

objetos. Algunos reflejan con una intensidad mayor que otros los cuales dependen de la rugosidad

de la superficie y la inclinación. Esto hace que los sistemas de detección respondan de forma más

rápida ante los primeros haciendo que esos objetos parezcan más próximos. Por este motivo, es

Fig. 8.. Energía emitida por la onda ultrasónica en todas las direcciones.

Tomado de: E. G. Sanz, «Implementacion de sensores de ultrasonidos en un sistema autonomo de tiempo real,»

2003.

Page 29: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 29

muy importante la selección del valor umbral, a partir del cual se inicia la detección de la onda [7,

p. 25].

3) Incertidumbre en la medida del tiempo

Si comparamos la velocidad del sonido con la de la luz, encontramos que es muy lenta y se ve

afectada por muchos factores. Esto impulsa el desarrollo de circuitos electrónicos con unos

requisitos de velocidad muy altos, capaces de responder en tiempos inferiores al nanosegundo. Para

lograr obtener precisiones de tan solo 1cm, se necesita un circuito con temporizaciones de 3

nanosegundos. Lograr esta precisión resulta muy costoso generando que se aparten estos sistemas

de medida en las aplicaciones normales [7].

Los sistemas de posicionamiento por medio de ultrasonidos, son capaces de estimar la posición de

los objetos con una precisión del orden de centímetros, La estimación de coordenadas de un punto

a partir de las distancias que existen entre ese punto y otros tres puntos de referencia con

coordenadas conocidas, se denomina como trilateración de coordenadas. Esta se basa en la

geometría y en la resolución de sistemas de ecuaciones para estimar cada una de las distancias de

cada punto de referencia al punto y así poder determinar las coordenadas de este último. Cuando

se hace uso de un sistema de ecuaciones de 3 variables ‘x’, ‘y’ y ‘z’ se habla de un sistema de

trilateración 3D o para un sistema de trilateración de 2 variables ‘x’ y ‘y’ se habla de un sistema de

trilateración 2D. Los sensores ultrasónicos permiten medir la distancia de un objeto por medio de

señales ultrasónicas, estos son ampliamente utilizados en la instrumentación electrónica debido a

su bajo costo y a su precisión, por lo tanto, es posible automatizar la trilateración de un objeto si se

tiene un arreglo de sensores de ultrasonido correctamente ubicados. El método de trilateración por

ultrasonido se caracteriza por determinar la ubicación coordenada de un punto específico a partir

de los ecos y los tiempos de vuelo de señales ultrasónicas emitidas periódicamente. De manera

complementaria existen métodos que utilizan la intensidad de señal recibida (RSSI) para realizar

la medición de distancia y la trilateración, desafortunadamente estos métodos son bastante

imprecisos puesto que influyen mucho el medio y los obstáculos. En la práctica algunos métodos

que han dado buenos resultados utilizan las comunicaciones inalámbricas junto con el ultrasonido

para hacer una estimación más precisa de las coordenadas del punto desconocido [8].

Page 30: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 30

Los sistemas de localización son basados en esta distancia, dada por el tiempo de vuelo que recorre

el ultrasonido en un espacio, transmitido al medio en este caso un espacio interior, La trilateración

como sistema de localización consta de dispositivos electrónicos que emiten señales a un ambiente

o a un medio tal como son las de señales de radio, ultrasonido, laser, etc., así como otros elementos

electrónicos que se encargan de la propagación de la señal, después de haberse propagado en el

ambiente o interior [8].

Los sistemas de trilateración con ultrasonido se caracterizan por utilizar frecuencias alrededor o

por encima de los 40KHz, las cuales se encuentran muy por encima del umbral de frecuencia

percibidas por el oído del ser humano el cual está entre 20 Hz a 20kHz según cada persona, ya que

siente sensibilidades diferentes. La medición de distancia se crea a partir de sensores de ultrasonido,

para el sistema de localización con principio de trilateración, existen sensores de ultrasonido con

capacidad en la detección de objetos.

Fig. 9.. Principio de Trilateracion.

Tomado de: https://goo.gl/cMNjfS

Page 31: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 31

B. Comunicación Inalámbrica: Protocolo MiWi

Este protocolo de comunicaciones inalámbricas se basa en el estándar IEEE 802.15.4 para redes

inalámbricas de área personal. MiWi permite modificar y ajustar parámetros de red, el

procedimiento para hacer esto se basa en los documentos de Microchip Technology, entre otros;

MiWi wireless protocol (2010), MiWi P2P wireless protocol (2010), MiWi wireless application

programing interface-Miapp (2009), MiWi wireless media access controller-MiMac (2009) los

cuales pueden ser consultados en la página web de microchip para configuraciones de

comunicaciones inalámbricas de área personal [9].

MiMAC es utilizada para la manipulación de los transceptores RF para tener una flexibilidad a la

hora de utilizar cualquiera de estos, basado en la capa de protocolo con propiedad de microchip,

mientras que Miapp es flexible y se puede utilizar bajo los protocolos inalámbricos de microchip,

modificando o no la capa de la aplicación [9].

Fig. 10.. Organización del protocolo MiWi.

Tomado de: M. M. Martínez, «Desarrollo de red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas,» 2013.

Page 32: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 32

El protocolo MiWi (MiWi Wireless Networking Protocol Stack) es un protocolo inalámbrico

sencillo, creado para el envío de bajas transmisión de datos, costos bajos y distancias pequeñas, se

caracteriza por ser un protocolo para redes pequeñas, las cuales pueden poseer 1024 nodos como

máximo, cada coordinador de red puede tener hasta 127 nodos, y en total serian 8 coordinadores

de la red de área personal [9].

MiWi P2P es una versión más simplificada del protocolo MiWi que permite establecer redes más

pequeñas sin enrutamiento y con comunicaciones de un solo salto. MiWi P2P no posee la capacidad

de enrutamiento, por lo tanto, la comunicación inalámbrica depende directamente del rango de

alcance del radio. Soporta dos topologías: P2P (Peer to Peer) y estrella [9].

Este protocolo se puede implementar con microcontradores de las familias PIC18, PIC24, PIC33

y PIC32 de Microchip, soportados por los compiladores C18, C30 y C32. La programación de los

nodos de red no requiere un sistema operativo en tiempo real (RTOS) permitiendo así

programación secuencial tradicional [9].

1) Topología Estrella

Esta comunicación inalámbrica se forma a partir de un nodo central el cual va ser definido como

coordinador de red de área personal PAN (Personal Area Network), este se encarga de establecer

la comunicación y la conectividad de otros dispositivos terminales permitiendo que otros

dispositivos pueden unirse a una red totalmente independiente del resto de redes en estrella. Esta

red crea una mayor facilidad de supervisión y control de información ya que para pasar a transmitir

los mensajes, primero deben pasar por un nodo central o coordinador, el cual gestiona la

redistribución de la información a los demás nodos. Las características de funcionamiento del

coordinador de la PAN es FFD (full-function device), donde puede ser FFD para indicar que están

con radio habilitado o RFD (reduced-function device) que indica radio inhabilitado, pero se tiene

en cuenta que el coordinador se comunica con todos, no importa su funcionalidad, no obstante, los

dispositivos terminales únicamente se comunican con el coordinador de la PAN, sin importar el

estado de sus radios [10].

Page 33: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 33

2) Topología Peer to Peer (P2P)

Esta topología cuenta también con un coordinador de red de área personal PAN, (Personal Area

Network) que da inicio a las comunicaciones a través de los dispositivos terminales (end devices),

Al momento de establecer la comunicación con la red, estos dispositivos no necesariamente se

tienen que comunicar con el coordinador PAN, solo basta con tener radio habilitado cada

dispositivo terminal para poder tener conectividad entre ellos, a diferencia de la topología estrella

que la comunicación solo se da por medio del coordinador de Red [10].

Fig. 11.. Topología de estrella.

Tomado de: G. Meneses, «Tutorial Protocolo MiWi,» Medellín, 2013.

Fig. 12.. Topología Peer to Peer

Tomado de: G. Meneses, «Tutorial Protocolo MiWi,» Medellín, 2013.

Page 34: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 34

El direccionamiento de la red se asigna teniendo el coordinador de la red en estado fijo, con la

siguiente dirección 11-22-33-44-55-66-77-01 donde este hace referencia al nodo 1, que puede ir

siendo modificado por la última cifra de la dirección dada, de acuerdo a los dispositivos finales o

nodos que se tengan en la PAN. Por defecto la identificación de la red (PAN ID) es 1234.

MiWi P2P solo logra soportar la comunicación de un único salto, para la transmisión de mensajes

con direccionamiento EUI o larga, mientas que para el direccionamiento corto, es utilizado cuando

el stack que permite la transmisión de un mensaje de difusión amplia o multicanal (broadcast) y la

longitud de direccionamiento solo permite la comunicación de único salto en el rango de 2 y 8

bytes para la utilización de los transceptores del fabricante microchip [10].

Los campos de direccionamiento del protocolo MiWi P2P tienen campos de direccionamiento y

stack por ser subconjuntos de los mensajes bajo los estándares de la IEEE norma 802.15.4 y sus

campos son: control de trama, numero de secuencia, Identificación PAN de destino, dirección de

destino, identificación PAN de origen, dirección de origen, payload (cuerpo del mensaje),

secuencia de chequeo de la trama, estos son los formatos de paquetes para el protocolo MiWi P2P

[10].

C. Programación de Nodos con MiWi

Microchip solutions pone a disposición un conjunto de herramientas como lo son documentos para

los usuarios basados en las funciones especiales y ejemplos de desarrollos, para soluciones a

procesos o sistemas embebidos como son: funcionalidades gráficas especiales, aplicaciones

desarrolladas utilizando el protocolo propietario MiWi, soporte para el stack y las aplicaciones

TCP-IP, soporte de funciones con USB y aplicaciones para registro SD. El diseño de los nodos

sensores se basa en un documento creado en las librerías de microchip, estas librerías se llaman

application libraries que al ser utilizada posee recursos para implementar aplicaciones más

avanzadas aprovechando las funciones que poseen los microcontroladores 18,16 y 32 bits [10].

Page 35: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 35

D. Interfaz de Programación de Aplicaciones (API) del Protocolo MiWi: MiApp

La especificación de MiApp se caracteriza por definir las interfaces de programación entre la capa

de aplicaciones y el protocolo de comunicación inalámbrico propietario de la fabricación de

Microchip. La forma para la implementación de MiApp son 2 tipos; parámetros definidos para la

configuración del archivo y funciones de los protocolos inalámbricos fabricados y con propiedad

de microchip. Si se cumplen las especificaciones dadas por MiApp, los protocolos pueden ser

utilizados bajo los estándares de Microchip para la modificación o no en la capa de aplicación,

donde este software puede ser cambiado bajo otra topología sea estrella o P2P [10].

E. Control de servomotores

Los servomotores son motores de corriente continua que incorporan un circuito

electrónico que permite controlar de forma sencilla la dirección y la velocidad de

giro de sus ejes mediante impulsos eléctricos. La señal de control de los

servomotores de rotación continua es una señal de pulsos modulada en anchura

PWM (Pulse Width Modulation). Este tipo de señal de control se utiliza en los

servos estándar para realizar los giros desde 0º a 180º [11, p. 18].

Para el control de un servo se debe indicar en qué posición se debe situar. Esto se

lleva a cabo mediante una serie de pulsos tal que la duración del pulso nos indica el

ángulo de giro del motor. Cada servo según fabricante tiene sus tolerancias de

operación. Los valores más generales corresponden con pulsos entre 1 ms y 2 ms de

ancho, que dejarían al motor en ambos extremos (0º y 180º). El valor 1.5 ms de

ancho de pulso indica la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores

del pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los

recomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 ms o mayores

de 2 ms, logrando conseguir ángulos mayores de 180°. Si se sobrepasan los límites

de movimiento del servo, éste inmediatamente emite un zumbido, indicando que se

debe cambiar el ancho del pulso. El factor limitante es el tope del potenciómetro y

los límites mecánicos constructivos [11, p. 20].

Page 36: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 36

El servomotor usado para las pruebas de funcionamiento es el Micro servo Tower Pro Sg90. Sus

características principales son las siguientes.

Peso: 9g

Velocidad: 0.12 seg / 60° @ 4.8V

Fig. 13.. Señal de control del servomotor micro servo Tower Pro sg90

Tomado de https://goo.gl/e4ErxC

Fig. 14.. Servomotor micro Tower Pro servo sg90

Tomado de: https://goo.gl/tQ2xXw

Page 37: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 37

Torque: 1.98 Kg-cm @ 4.8V

Ángulo de rotación: 180°

Dimensiones: 22.6mm x 11.4mm x 22mm

F. Microcontroladores PIC

Un microcontrolador Es una computadora integrada con un chip , este dispositivo consta de una

CPU (Central Processor Unit), una memoria, unidades de Entrada/Salida y circuitos tales como

generador de reloj, módulos específicos, siendo capaz de procesar información, interactuar con su

entorno y responder ante estímulos [12].

Existen microcontroladores de gamas bajas, medias, alta y mejorada con una arquitectura de diseño

en común.

Gama Baja: Encapsulado que contiene 33 instrucciones de 12 bits.

Gama Media: Encapsulado que contiene 35 instrucciones de 14 bits.

Fig. 15.. Estructura de un microcontrolador

Tomado de: J. V. Rivero, «Microchip PIC,» 2009

Page 38: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 38

Gama Alta: Encapsulado que contiene 58 instrucciones de 16 bits.

Gama Mejorada: Encapsulado que contiene 77 instrucciones de 16 bits.

Las diferentes aplicaciones desarrolladas con microcontroladores PIC, tienen ventajas como el bajo

consumo de potencia, inmunidad al ruido, diversidad de modelos para cumplir una necesidad

tecnológica donde ha requerido un microcontrolador, herramientas gratuitas para llevar a cabo

prototipos, fácil de usar, programación de tareas, circuito de vigilancia perro guardián, disposición

de osciladores RC (Resistor, Capacitor), XT (Xtal), HS (High Speed) y LP (Low Power) y posee

módulos como conversores A/D, modulación de ancho de pulso (PWM) y temporizadores internos.

Existen microcontroladores de 8 bits, como el pic18F4620, que sirven de base para la creación de

nodos utilizando comunicaciones inalámbricas bajo el protocolo MiWi, es así como se puede

conformar un nodo con un transceptor que soporte el protocolo MiWi, los transceptores tienen

características de comunicación SPI (Serial Peripheral Interface), alimentación y módulos de

control adicionales.

Según la descripción técnica del fabricante de microcontroladores de la familia 18F, la principal

característica de estos microcontroladores es que poseen una frecuencia de operación de hasta

40MHz, memoria de programa, memoria de datos, fuentes de interrupciones, cinco puertos que

pueden ser configurados como entradas y salidas, temporizadores, módulos de captura,

comparación y de PWM (Modulación por ancho de pulsos), comunicaciones seriales USART

(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter), MSSP (Master Synchronous Serial

Port) y 13 canales de módulos análogo-digital de 10 bits.

Page 39: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 39

G. Vehículo de Guiado Autónomo (AGV) y Sistemas de Recuperación y Almacenamiento

Automatizado (ASRS)

Los vehículos de guiado autónomo (AGV) poseen características especiales, se trata de un móvil

robótico o mecatrónico que tiene funciones y tareas específicas que pueden cumplir y llevar a cabo

sin interacciones humanas o contacto físico. Las tareas pueden estar relacionadas con la ubicación,

almacenamiento y recuperación automatizada de piezas u objetos. En los sistemas de logística,

desempeñan funciones como la manipulación y distribución de mercancía moviéndose con

marcadores o rutas predefinidas para hacer más precisa la ubicación, estos sistemas se acoplan con

dispositivos electrónicos y sensores que permiten la movilización por las rutas ubicadas en el

espacio interior. Existe un prototipo también de vehículo guiado para la ubicación y recolección

automática de libros en ambientes bajo condiciones controladas acoplado con sensores y

comunicaciones bajo el protocolo MiWi [13].

Los sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación (AS/RS por sus siglas en inglés),

consisten en sistemas controlados por ordenadores para recuperar y almacenar cargas en

ubicaciones conocidas y definidas con un alto grado de velocidad y exactitud, estas aplicaciones

son utilizadas en operaciones de logística, en donde existen volúmenes de cargas mayores que son

trasladadas dentro y fuera del almacén las cuales pueden ser limitadas al almacenamiento en el

espacio. En las operaciones de logística estos sistemas utilizados con vehículos de guiado

autónomo en espacios interiores han contribuido con desarrollo de las tareas diarias que pueden ser

de utilidad en procesos para llevar información en un inventario, el cual posee todas las funciones

Fig. 16.. Tabla comparativa PIC Microchip

Tomado de: J. V. Rivero, «Microchip PIC,» 2009

Page 40: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 40

para cumplir las tareas en un ambiente logístico o en una empresa en la cual exista la necesidad de

recuperación y almacenamiento de información automatizada [13].

Las investigaciones de prototipos en Sistemas de Recuperación y Almacenamiento Automatizado

(ASRS) ofrecen tecnología que permite liberar de tareas a personas que están en áreas de trabajo

muy monótonas y es aquí donde los vehículos guiados automatizados entran al campo donde son

requeridos para cumplir dichas tareas programadas, para realizar y llevar a cabo cada una de sus

operaciones, que son coordinar la recuperación y almacenamiento de objetos y realizar

movimientos en el espacio o ambiente donde se van a utilizar [13].

H. Diseño en Eagle de la tarjeta electrónica

La tarjeta electrónica es la encargada de comunicar todos los dispositivos encargados del

procesamiento o envió de datos, La tarjeta integra dispositivos como: Módulo MiWi de

transmisión, Display LCD, microprocesador, y salidas de conexión para El servomotor.

El desarrollo de estas tarjetas se inicia elaborando el diagrama esquemático en el software “Eagle”,

y es presentada en las siguientes gráficas:

Fig. 17..Prototipo de Diseño AGV

Page 41: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 41

Fig. 18.. Esquemático de la tarjeta electrónica

Fig. 19.. Placa de circuito electrónico

Page 42: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 42

En la imagen se pueden observar los diferentes dispositivos electrónicos usados para el desarrollo

de la tarjeta, los cuales cuentan con: PIC18F4620, Módulo Bluetooth RN-41, módulo de

comunicación MiWi, Display LCD, puertos de conexión para el servomotor sg90; entre otros

componentes electrónicos como son resistencias, condensadores, reguladores de voltaje, siempre

importantes para el buen funcionamiento electrónico de la tarjeta.

I. Módulo bluetooth rn-41

A continuación, se dará a conocer las características técnicas del módulo bluetooth, utilizado para

la transmisión de los datos al PC que cuenta con la interfaz gráfica.

Módulo Bluetooth de bajo consumo (clase 1), flexible y económico que cumple con el estándar

802.15.1, Soporta diferentes protocolos de comunicación.

Es fácil de usar y está completamente certificado, lo que lo convierte en una solución embebida

Bluetooth completa.

Con su antena de alto rendimiento tipo chip y su soporte de Bluetooth enhanced data rate (EDR),

el RN-41 proporciona una rata de hasta 3Mbps para una distancia de hasta 100m.

Es una excelente solución para agregar comunicación inalámbrica Bluetooth a sistemas existentes.

[10].

Page 43: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 43

VIII. METODOLOGÍA

A. Etapas del desarrollo

El objetivo principal del proyecto plantea varios retos en cuanto a diseño y desarrollo, este

involucra 4 dispositivos, cada uno de ellos con diferentes periféricos de medición, movimiento,

visualización y comunicación, por lo cual es necesario dividir el proyecto en diferentes etapas, las

cuales van desde configuración y calibración de sensores, hasta estructura y programación.

1) Programación

La programación del microcontrolador es el aspecto más importante del proyecto, en cuanto el

microcontrolador es el encargado del control de todos los dispositivos, además del almacenamiento

y manipulación de todas las variables del proyecto, es así como la programación es participe en la

completa duración del proyecto, desde el inicio con la calibración de cada uno de los periféricos,

hasta el final con la ejecución de pruebas y correcciones del mismo.

Debido a la robustez del proyecto, desde el inicio se plantea una programación modular, la cual

permite obtener cada vez un nivel más alto en la interpretación de las funciones y procedimientos

ya ejecutados, de tal manera que cada tarea cuenta con una o varias funciones propias, y casi que

cada elemento cuenta con sus propios archivos de cabecera y de cuerpo.

Page 44: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 44

Todos los microcontroladores cuentan con un cristal de 4MHz y de acuerdo a dicha frecuencia se

generan las diferentes configuraciones de tiempos, necesarias para casi todas las funciones del

proyecto.

Desde la programación se desarrolla el método geométrico de la trilateración, para lo cual se

emplean diferentes técnicas que nos permiten al cálculo de la misma. El principal inconveniente

en cuanto al cálculo del método, surge cuando encontramos que es improbable que las tres

distancias al AGV generen 3 circunferencias las cuales se crucen en un único punto, para lo cual

se hace necesario hallar cada una de las intersecciones en cada par de circunferencias, y conociendo

los 3 puntos de intersección, hallar la mitad del triángulo formado por estos.

Fig. 20.. Programación del microcontrolador

Page 45: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 45

2) Comunicación Inalámbrica MiWi

Para la comunicación inalámbrica se hace uso del protocolo MiWi por medio del módulo

MRF24J40MA, el cual se utiliza tanto en los nodos como para el AGV. La configuración base del

microcontrolador para el uso de dicho protocolo es tomada del ejemplo simple con el que cuenta

el compilador mplabc18, tanto para el nodo coordinador, como para los nodos esclavos.

Fig. 21.. Pruebas de la trilateracion del AGV.

Fig. 22.. Módulo MIWI MRF24J40MA.

Page 46: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 46

Se elige una topología P2P (red de pares) ya que no era completamente necesario contar con un

enrutamiento, además era lo más adecuado por la simplicidad de la misma. Se podría llegar a pensar

que no era necesaria la configuración de un coordinador dentro de una red de pares, sin embargo,

en el protocolo MiWi la existencia del mismo es esencial para la creación de la red, para lo cual se

configura el AGV como coordinador. Es de tener en cuenta en la programación de cada nodo

incluyendo el coordinador, que todos deben contar con el mismo canal, la misma red, y diferentes

direcciones para el correcto funcionamiento de la red.

Otras modificaciones importantes en la configuración básica del protocolo MiWi, fueron referentes

al envió de datos y recepción de los mismos desde el código del microcontrolador, filtrando solo

la información relevante para el proyecto, lo cual otorgo mayor simplicidad y dinamismo a la

manipulación de los datos.

3) Sonar Ultrasónico

Para la implementación del sonar ultrasónico que se dispondrá en cada uno de los nodos y el AGV,

se hace uso del sensor ultrasónico SRF05, gracias a su alta precisión en comparación con otros

sensores del mismo segmento. Desde programación se logra configurar el dispositivo con la ayuda

de delays y del TIMER del microcontrolador para medir el retardo de la señal en microsegundos y

así poder determinar la distancia medida.

Contando con lo anterior, se procede a la configuración y calibración del servomotor, para lo cual

se hace uso de un generador de ondas, determinando con este los ángulos críticos del servomotor,

para luego lograr manipular con precisión el mismo desde el mismo microcontrolador con la ayuda

de delays.

La integración de ambos se realiza desde el mismo microcontrolador por medio de bucles que

permiten que el servomotor se situé en diferentes posiciones secuencialmente mientras el sensor

ultrasónico genera una medida en cada posición, al final mediante condicionales se logra

determinar la posición y distancia del objeto, que en la mayoría de los casos corresponde a la menor

distancia medida.

Page 47: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 47

La disposición del sonar en el AGV cuenta con una variante adicional, debido a que esta

debe contar con un rango de visión de 360 grados, por lo cual se hace uso de un servomotor

adicional, logrando recorrer los primeros 180 grados con el primario, y para grados mayores con

el apoyo del secundario.

4) LCD

El LCD dispone de una configuración básica gracias a la librería xlcd con la que cuenta el

compilador mplabc18, con la cual se hace muy sencilla la manipulación del mismo, sin embargo

desde la misma programación se crean diferente funciones la cuales nos permiten mayor control

para visualizar diferentes variables del proyecto y estados del funcionamiento del mismo. En el

desarrollo de la PCB, se tiene en cuenta la utilización de un trimmer para el ajuste variable de la

Fig. 23.. Montaje del sensor ultrasonido y servomotor.

Page 48: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 48

pantalla LCD, además de una alimentación para aquellas pantallas que cuentas con iluminación de

fondo.

5) Estructura Nodos

En el diseño del sistema de trilateración 2D es indispensable la utilización de 3 nodos, los cuales

funcionan independientemente en 3 diferentes posiciones conocidas, cada uno de ellos se encarga

de encontrar la distancia y ángulo del AGV dentro de un espacio determinado, para luego

transmitirla.

En la estructura de los nodos se tienen en cuenta factores como la altura del AGV, el ángulo de

visión de 90 grados, el material para ser detectados por el AGV, entre otros. Es de esta manera

como se hace uso de perfiles de acero de 40 centímetros de longitud, los cuales cuentan con una

superficie adecuada para la utilización de los sensores ultrasónicos, adicionalmente otorgan rigidez

al cuerpo de los mismos, sin necesidad de utilizar bases. Cada uno de los perfiles cuenta con una

perforación a 20 centímetros del suelo en una de sus esquinas, lo suficientemente amplia para el

movimiento de 90 grados del servomotor en conjunto con el sensor ultrasónico.

Fig. 24.. Montaje completo del Nodo

Page 49: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 49

6) Estructura Vehículo de Guiado Autónomo

El vehículo de guiado autónomo dentro del sistema de trilateración 2D es el último y más

importante nodo, ya que este actúa como coordinador de la red y es el encargado de establecer la

red y controlar la conexión del resto de dispositivos dentro de la misma. Al mismo tiempo el AGV

cuenta con la mayor parte de la programación ya que este se encarga de recibir la información de

los nodos, filtrarla, corroborarla con la información obtenida, calcular su posición, dirección y

enviar la información a un medio visual.

El primer reto en el desarrollo del vehículo de guiado autónomo es el diseño de su estructura, ya

que para este se tienen en cuenta factores como el tamaño de la batería que alimenta los motores,

el material que recubre el vehículo debido a que este debe favorecer a los sensores ultrasónicos, la

capacidad de giro de este, entre otros. Para el vehículo se hace uso de motores 2 motores de

corriente continua, para lo cual se requiere una batería de 12 voltios y 18 amperios, adicional estos

están acompañados de una rueda loca la cual facilita los movimientos. En el recubrimiento del

vehículo se usan láminas de alfajor, ya que son fáciles de moldear y tienen una superficie adecuada

para el uso de sensores de ultrasonido, esta se dispone en forma cilíndrica cubriendo totalmente la

batería del vehículo y componentes electrónicos.

Fig. 25.. Estructura del vehículo AGV

Page 50: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 50

Después de realizar el montaje y realizar diferentes pruebas básicas del funcionamiento de todos

los componentes, encontramos que el arranque de los motores de corriente continua genera bajos

en el suministro de corriente del microcontrolador, lo cual genera reinicios constantes del sistema,

por lo que se hace uso de una batería independiente de 9V para toda la parte de control.

Verificando el funcionamiento de los motores, se evidencia que el motor derecho cuenta con un

poco más de fuerza que el motor izquierdo, generando leves desviaciones hacia la izquierda cuando

se impulsa hacia adelante, y haciendo que los giros hacia la derecha sean más débiles. Para

solucionar tal inconveniente, se hace uso de retardos en el microcontrolador, haciendo que la señal

que le ingresa al motor izquierdo sea una proporción más elevada que la del derecho,

contrarrestando la diferencia de ambos. El control de los motores se hace por medio de un puente

H (L293D).

7) Diseño y desarrollo de PCBs

Luego de hacer pruebas iniciales de los componentes con una programación básica del

microcontrolador, se procede a realizar un diseño para el montaje de los mismos en una herramienta

de diseños de PCBs como lo es CadSoft EAGLE. Para tal fin se diseñó una tarjeta universal para

los nodos y el AGV, lo cual se logró adicionando algunos pines de los requeridos por los nodos.

Debido a que el tamaño de la tarjeta era importante para la disposición de la misma en los nodos,

se hizo lo más pequeña posible implementando un diseño doble capa, que nos permitió una mejor

distribución de los componentes. Esta cuenta con un juego de reguladores de voltaje, los cuales nos

permiten tener mayor libertad con los voltajes de alimentación de la tarjeta, que pueden ser entre

5V y 15V. Los reguladores son los únicos dispositivos fijos a la tarjeta además de capacitores y

resistencias, porque los demás son desmontables.

Page 51: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 51

8) Interfaz Grafica

La interfaz gráfica se desarrolló en el entorno de desarrollo y visualización de LabView, en el cual

se configuro el modulo VISA para la recepción de información de un puerto serial, acompañado

de diferentes condicionales que permitieran obtener la información de las tramas utilizadas y

definidas en el sistema de trilateración para él envió de la información.

Dicho programa solo se encarga de descifrar cada una de las tramas en él envió de la información

para luego visualizarla, debido a que todo el cálculo de la trilateración es generado por el mismo

sistema. La interfaz hace uso de una gráfica de puntos, en la cual se ilustran dos puntos, uno que

ilustra el punto que representa la posición del AGV, y otro que ilustra la posición a la que se debe

dirigir el AGV, además de información del ángulo de dirección del AGV.

Fig. 26.. Desarrollo de la PCB.

Page 52: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 52

B. Desarrollo de Pruebas.

Las pruebas se realizan en cada una de las fases del desarrollo del proyecto, sin embargo, se

tienen en cuenta las más relevantes, ya que componen la finalidad misma del proyecto. En

primera instancia se realizan pruebas de la precisión en la medición de distancias del AGV, para

lo cual se dispone de un radio de dos metros y medio, en donde se hace uso de uno de los nodos a

utilizar por el sistema de trilateración como objeto de referencia. Se realizan 50 medidas

diferentes en distintos ángulos, haciendo un comparativo con la medida real y determinando la

precisión de la medida.

Fig. 27.. Interface gráfica de la ubicación del AGV

Page 53: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 53

Para la segunda y tercera etapa de pruebas, se hace uso de todos los nodos del proyecto incluyendo

el AGV, pero este último no realiza ninguna tarea de movimiento, ya que la finalidad de las mismas

es determinar la precisión del sistema en diferentes posiciones del objeto. El área de pruebas es de

150cm x 150cm, en donde los nodos se disponen de la siguiente manera.

Fig. 28.. Pruebas de presión para calcular la distancia del AGV

Page 54: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 54

Se determinan 5 puntos que se distribuyen dentro del área determinada para la realización de las

pruebas, estos son: (75,75), (120,30), (120,120), (30,120), y (30,30). Además, también se tiene en

cuenta la dirección del vehículo, por lo cual este se dispone en 4 distintas direcciones en cada uno

de los puntos. Para dichas pruebas se generan 5 medidas por cada dirección en cada posición, lo

cual nos da un total de 100 pruebas por cada etapa de pruebas. Las pruebas se realizan conforme

se ilustra en la siguiente imagen.

Fig. 29.. Pruebas de presión para calcular la distancia del AGV en diferentes puntos del plano.

Page 55: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 55

La diferencia entre la segunda y tercera etapa de pruebas, radica en la información que tienen en

cuenta para la ejecución de la trilateración, la segunda etapa hace uso de la información

proporcionada solo por los nodos, mientras la tercera etapa de pruebas hace uso de la información

corroborada tanto de los nodos, como el AGV.

La ultima y cuarta etapa de pruebas corresponde al funcionamiento integrado de todo el sistema,

calificando diferentes ítems del funcionamiento. Se definen dos posiciones dentro del área de

pruebas, a las cuales el AGV tiene que dirigirse, variando la posición inicial del vehículo. Los ítems

que se tienen en cuenta son: la correcta visualización de las posiciones en la interfaz gráfica, el

completo cumplimiento de la tarea asignada y la precisión en el cumplimiento de la tarea asignada.

Las posiciones determinas para las pruebas son: (75,75) y (120,120) como se ilustra a continuación.

Fig. 30.. Pruebas de presión para calcular la posición del AGV en 5 puntos diferentes del plano

Page 56: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 56

Fig. 31.. Pruebas de funcionamiento con todo el sistema integrado.

Page 57: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 57

IX. RESULTADOS

Los resultados son obtenidos conforme al desarrollo de cada una de las pruebas descritas, de las

cuales se obtiene diferente información, la cual es trasladada a un archivo de hoja de cálculo y es

tratada con el fin de adquirir información relevante sobre el funcionamiento del proyecto.

A) Primera etapa de pruebas: Distancias medidas por el AGV.

En la siquiente tabla se enseña cada uno de los resultados obtenidos en las diferentes posiciones

del objeto, según su distancia y angulo, en comparativo con los datos reales.

TABLA I. MEDIDAS DE POSICIONES DEL OBJETO

Nota: Medidas de posición del objeto primera etapa.

Dis

tan

cia

(us)

Dis

tan

cias

(cm

)

An

gulo

Dis

tan

cia

An

gulo

Dis

tan

cia

(us)

Dis

tan

cias

(cm

)

An

gulo

Dis

tan

cia

An

gulo

1 10498 181 65 184 44 26 1856 32 25 33 5

2 13514 233 110 227 99 27 2262 39 85 44 83

3 3480 60 360 64 354 28 2030 35 345 36 347

4 12644 218 75 218 85 29 9744 168 330 169 313

5 5626 97 70 92 98 30 5220 90 140 94 149

6 13108 226 85 224 68 31 9744 168 95 171 113

7 3016 52 345 51 342 32 11832 204 240 202 260

8 3016 52 340 52 318 33 6496 112 205 113 229

9 12122 209 125 210 143 34 14036 242 370 236 360

10 5278 91 280 84 254 35 10266 177 225 176 204

11 9338 161 190 167 177 36 5452 94 240 93 247

12 12470 215 320 214 323 37 12296 212 40 210 22

13 14210 245 150 244 135 38 2088 36 290 38 278

14 7598 131 55 130 85 39 5394 93 165 96 171

15 4176 72 150 75 155 40 9860 170 205 181 217

16 6322 109 275 104 273 41 14326 247 140 246 173

17 14094 243 240 245 230 42 10614 183 345 186 321

18 2320 40 135 43 145 43 2494 43 40 45 41

19 5220 90 325 87 333 44 6032 104 45 101 49

20 2610 45 100 44 116 45 13166 227 150 224 141

21 5104 88 135 84 148 46 12470 215 145 217 174

22 11948 206 210 201 225 47 8178 141 305 138 315

23 1914 33 205 28 186 48 6032 104 305 110 297

24 14152 244 15 245 10 49 12760 220 150 220 171

25 14616 252 330 250 349 50 9918 171 210 174 184

#

Medida Real

#

Medida Real

Page 58: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 58

Las pruebas realizadas nos arrojan muy buenos resultados frente a la distancias obtenidas, estas en

un 72% contaron con una diferencia de 3cm respecto la medida real, teniendo en cuenta la

irregularidad de los objetos y el cono de emisión de medida que tienen los sensores ultrasonicos,

nos dan la confianza de una medida precisa.

TABLA II. MEDIDAS DE DISTANCIAS OBTENIDAS

Nota: Medidas de distancia del objeto primera etapa.

En la identificación de rangos de distancias con mayor precisión, no identificamos mayor

correlacion, sin embargo con los resultados se identifica que se alcanzo mayor precisión para las

medidas entre 200cm y 250cm.

TABLE III. MEDIDAS DE DISTANCIAS OBTENIDAS EN INTERVALOS DEFINIDOS

Nota: Medidas de distancia obtenidas en intervalos definidos primera etapa.

En cuanto a los angulos medidos los resultados no fueron los mejores como se evidencia en los

datos y se expone a continuacion.

2 cm 3 cm 5 cm

50% 72% 88%

Distancia

Precisión

2 cm 3 cm 5 cm

0-49 63% 75% 100%

50-99 27% 55% 91%

100-149 33% 67% 83%

150-199 25% 75% 75%

200-250 76% 82% 88%

IntervaloPrecisión

Page 59: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 59

TABLA IV. RESULTADOS DE ÁNGULOS MEDIDOS

Nota: Resultados de ángulos medidos primera etapa.

B) Segunda Etapa de pruebas: Trilateración con la información de los nodos.

La segunda etapa de pruebas nos arroja 100 datos (anexos 3, 4, 5, 6 y 7), que nos describen

información muy relevante en cuanto a precisión de las medidas, en la siguientes dos tablas

encontramos que tan precisas fueron las medidas en cada uno de los puntos, y en cada uno de los

ángulos del vehículo de guiado autónomo, teniendo en cuenta una precisión de 5 centímetros, una

de 10 centímetros, y por ultimo una de 15 centímetros que correspondería al aproximado radio del

AGV.

TABLA V. PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS EN LOS PUNTOS DETERMINADOS.

Nota: Precisión de las medidas en los puntos determinados segunda etapa.

5ᵒ 10ᵒ 15ᵒ

18% 42% 56%

Precisión

Angulo

5 cm 10 cm 15 cm

120,120 45% 70% 95%

120,30 0% 0% 55%

30,120 0% 15% 95%

30,30 40% 75% 85%

75,75 0% 75% 100%

Total 17% 47% 86%

PrecisiónPunto

Page 60: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 60

TABLA VI. PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS DE LOS ÁNGULOS DETERMINADOS

Nota: Precisión de las medidas en los ángulos determinados segunda etapa.

En la última tabla podemos detallar aún más la información en cuanto a la dirección del vehículo

y posición de este último en la segunda etapa de pruebas.

5 cm 10 cm 15 cm

0° 20% 56% 92%

90° 16% 60% 88%

180° 8% 24% 84%

270° 24% 48% 80%

Total 17% 47% 86%

AnguloPrecisión

Page 61: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 61

TABLA VII. MEDIDAS OBTENIDAS DE LA DIRECCIÓN Y POSICIÓN DEL VEHÍCULO AUTÓNOMO

AGV

Nota: Medidas obtenidas de la dirección y posición del vehículo autónomo AGV segunda etapa.

C) Tercera etapa de pruebas: trilateración con la información de los nodos y el AGV.

Al igual que la segunda etapa de pruebas, la tercera nos arroja 100 datos (anexos 8, 9, 10, 11 y 12),

que nos describen información muy relevante en cuanto a precisión de las medidas, en la siguientes

dos tablas encontramos que tan precisas fueron las medidas en cada uno de los puntos, y en cada

uno de los ángulos del vehículo de guiado autónomo, teniendo en cuenta una precisión de 5

5 cm 10 cm 15 cm

120,120 45% 70% 95%

0° 0% 80% 80%

90° 80% 100% 100%

180° 0% 0% 100%

270° 100% 100% 100%

120,30 0% 0% 55%

0° 0% 0% 80%

90° 0% 0% 60%

180° 0% 0% 20%

270° 0% 0% 60%

30,120 0% 15% 95%

0° 0% 0% 100%

90° 0% 60% 80%

180° 0% 0% 100%

270° 0% 0% 100%

30,30 40% 75% 85%

0° 100% 100% 100%

90° 0% 60% 100%

180° 40% 100% 100%

270° 20% 40% 40%

75,75 0% 75% 100%

0° 0% 100% 100%

90° 0% 80% 100%

180° 0% 20% 100%

270° 0% 100% 100%

Total 17% 47% 86%

PuntoPrecisión

Page 62: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 62

centímetros, una de 10 centímetros, y por ultimo una de 15 centímetros que correspondería al

aproximado radio del AGV.

TABLA VIII. PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS EN LOS PUNTOS DETERMINADOS

Nota: Precisión de las medidas en los puntos determinados tercera etapa.

TABLA IX. PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS DE LOS ÁNGULOS DETERMINADOS

Nota: Precisión de las medidas de los ángulos determinados tercera etapa.

En la última tabla podemos detallar aún más la información en cuanto a la dirección del vehículo

y posición de este último en la segunda etapa de pruebas.

5 cm 10 cm 15 cm

120,120 45% 80% 95%

120,30 0% 50% 80%

30,120 0% 50% 95%

30,30 50% 90% 95%

75,75 10% 85% 100%

Total 21% 71% 93%

PrecisiónPunto

5 cm 10 cm 15 cm

0° 28% 84% 96%

90° 24% 80% 96%

180° 8% 48% 88%

270° 24% 72% 92%

Total 21% 71% 93%

AnguloPrecisión

Page 63: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 63

TABLA X. MEDIDAS OBTENIDAS DE LA DIRECCIÓN Y POSICIÓN DEL VEHÍCULO AUTÓNOMO

AGV

Nota: Medidas obtenidas de la dirección y posición del vehículo autónomo AGV tercera etapa.

D) Cuarta etapa de pruebas: Completo funcionamiento.

En la siguiente tabla se muestran los resultados de cada una de las pruebas realizadas, donde se

puede evidenciar el tiempo que le tomo al AGV alcanzar el primer punto y luego el segundo punto,

además de la distancia de la posición al punto de referencia. En la parte derecha de la tabla se

evidencian los 3 ítems calificados en cada una de las pruebas, donde la interfaz gráfica corresponde

a la correcta visualización de las coordenadas en labview, el cumplimiento de la tarea significa que

5 cm 10 cm 15 cm

120,120 45% 80% 95%

0° 0% 80% 80%

90° 80% 100% 100%

180° 0% 40% 100%

270° 100% 100% 100%

120,30 0% 50% 80%

0° 0% 100% 100%

90° 0% 80% 100%

180° 0% 20% 40%

270° 0% 0% 80%

30,120 0% 50% 95%

0° 0% 40% 100%

90° 0% 60% 80%

180° 0% 20% 100%

270° 0% 80% 100%

30,30 50% 90% 95%

0° 100% 100% 100%

90° 40% 80% 100%

180° 40% 100% 100%

270° 20% 80% 80%

75,75 10% 85% 100%

0° 40% 100% 100%

90° 0% 80% 100%

180° 0% 60% 100%

270° 0% 100% 100%

Total 21% 71% 93%

PuntoPrecisión

Page 64: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 64

porcentaje del recorrido el AGV fue capaz de completar y si no lo pudo completar, y por último la

precisión de la tarea hace alusión a con que exactitud el AGV se posiciono en los puntos de

referencia.

TABLA XI. RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO COMPLETO DEL SISTEMA TRILATERACION.

Nota: Resultados del funcionamiento completo del sistema Trilateracion.

3% 40% 87% 0% 43% 80% 100% 92% 83%

# X Y X Y X Y

Tie

mp

o

Dis

tan

cia

X Y

Tie

mp

o

Dis

tan

cia

5 10 15 5 10 15

Inte

rfaz

Vis

ual

Cu

mp

lim

i

en

to d

e

Tare

a

Pre

cisi

ón

de

Tar

ea

1 75 75 120 120 68 72 80 7,6 121 127 152 6,8 0 1 1 0 1 1 100% 100% 100%

2 75 75 120 120 64 74 122 11 121 127 185 7,1 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

3 75 75 120 120 62 79 125 14 - - - - 0 0 1 0 0 0 100% 50% 50%

4 75 75 120 120 62 80 69 14 117 131 149 11,4 0 0 1 0 0 1 100% 100% 100%

5 75 75 120 120 58 76 67 17 118 128 178 8,2 0 0 0 0 1 1 100% 100% 50%

6 75 75 120 120 60 81 92 16 129 117 178 9,5 0 0 0 0 1 1 100% 100% 50%

7 75 75 120 120 65 78 85 10 112 129 201 12,0 0 0 1 0 0 1 100% 100% 100%

8 75 75 120 120 66 80 45 10 130 124 135 11,2 0 0 1 0 0 1 100% 100% 100%

9 75 75 120 120 68 81 106 9,2 130 123 169 10,1 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

10 75 75 120 120 67 76 67 8,1 131 125 148 12,0 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

11 75 75 120 120 - - - - - - - - 0 0 0 0 0 0 100% 0% 0%

12 75 75 120 120 63 74 77 12 131 125 117 11,7 0 0 1 0 0 1 100% 100% 100%

13 75 75 120 120 67 70 79 9,4 135 126 124 16,2 0 1 1 0 0 0 100% 100% 50%

14 75 75 120 120 67 75 81 8 122 130 130 10,2 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

15 75 75 120 120 67 80 116 9,4 133 121 183 13,0 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

16 75 75 120 120 64 79 82 12 127 122 198 7,3 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

17 75 75 120 120 62 80 99 14 118 135 141 15,1 0 0 1 0 0 0 100% 100% 50%

18 75 75 120 120 64 83 64 14 117 114 128 6,7 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

19 75 75 120 120 80 81 67 7,8 125 123 186 5,8 0 1 1 0 1 1 100% 100% 100%

20 75 75 120 120 80 85 66 11 122 132 174 12,2 0 0 1 0 0 1 100% 100% 100%

21 75 75 120 120 75 83 49 8 126 122 130 6,3 0 1 1 0 1 1 100% 100% 100%

22 75 75 120 120 76 85 128 10 127 119 188 7,1 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

23 75 75 120 120 77 83 94 8,2 135 125 157 15,8 0 1 1 0 0 0 100% 100% 50%

24 75 75 120 120 - - - - - - - - 0 0 0 0 0 0 100% 0% 0%

25 75 75 120 120 74 80 120 5,1 130 127 182 12,2 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

26 75 75 120 120 70 85 83 11 117 127 125 7,6 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

27 75 75 120 120 72 71 89 5 121 129 175 9,1 1 1 1 0 1 1 100% 100% 100%

28 75 75 120 120 70 66 127 10 127 125 184 8,6 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

29 75 75 120 120 72 62 119 13 129 122 159 9,2 0 0 1 0 1 1 100% 100% 100%

30 75 75 120 120 73 66 129 9,2 118 132 176 12,2 0 1 1 0 0 1 100% 100% 100%

Precisión 2do

PuntoÍtems Evaluados

Pru

eb

a

1er

Punto

2do

Punto1er Punto 2do Punto

Precisión 1er

Punto

Page 65: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 65

X. DISCUSIÓN

Cada uno de los resultados obtenidos en las diferentes pruebas realizadas nos arrojó datos muy

concisos sobre la precisión de cada una de las pruebas y el funcionamiento del sistema en cada una

de sus etapas. En la primera etapa de pruebas evidenciamos varios aspectos importantes en los

datos obtenidos, como lo son la precisión en cuanto a las distancias medidas y la poca precisión en

cuanto a los ángulos. Aunque en el área de pruebas la mayor distancia que se puede presentar entre

un nodo y el vehículo de guiado autónomo es de 212 centímetros, hasta un poco menos teniendo

en cuenta el radio del AGV, se realiza una prueba que abarca distancias hasta los 250 centímetros,

de la cual obtenemos que el 72% de las mediciones de distancia cuenta como máximo con 3

centímetros de error, mientras que el 44% de mediciones de ángulo cuenta con un error mayor a

15 grados, es de esta manera como no se hace viable contar con la medida de los ángulos realizada

por el AGV. En el cuadro de precisión por rango de distancias, podríamos pensar que las medidas

entre 200 y 250 centímetros fueron más precisas, pero realmente dicha información nos estaría

indicando sobre la aleatoriedad de las mediciones, posiblemente en cuanto a las direcciones con

que se posiciono el nodo, debido a su forma irregular.

La segunda etapa de pruebas conto con la realización de 100 pruebas, teniendo en cuenta diferentes

puntos alrededor del área de pruebas y sin dejar de lado la posición del objeto que influyo mucho

en las medidas realizadas. De una manera general, la prueba nos indica que solo el 47% de las

mediciones contaron con un margen de error de 10 centímetros, mientras un 14% de las mismas

estuvo por fuera de un margen de 15 centímetros. La misma prueba nos precisa que existen zonas

del área de pruebas en las que las mediciones son más precisas que en otras, como se puede notar

con la zona de la esquina inferior derecha, donde la precisión en un rango de 15 centímetros apenas

alcanzó un 55%, mientras que, en zonas como el centro, o la esquina superior derecha alcanzo más

del 90%. La posición del AGV también entro en juego en la precisión de las medidas, pero no tan

drásticamente como en las zonas, el ángulo de dirección con menos precisión fue el de 270º en el

cual el 80% de las medidas se encontraron dentro de un margen de error de 15 centímetros.

La tercera etapa de pruebas conto con la inclusión de las medidas realizadas por parte del AGV

con relación a la segunda etapa de pruebas, de esta se encontraron varios aspectos relevantes en los

Page 66: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 66

cuales se evidencia la mejora en la precisión de las medidas en contraste con la anterior prueba. La

precisión en el rango de 10 centímetros aumento considerablemente a 71% en comparación con el

47% de la prueba anterior, además, en el rango de los 15 centímetros alcanzo un 93%, reafirmando

el beneficio que presenta la inclusión de las comunicaciones en los sistemas de localización.

Al igual que en la segunda etapa de pruebas, en la tercera etapa de pruebas se reitera que la zona

con menor precisión en las medidas es la esquina inferior derecha, aunque esta vez la precisión en

un rango de 15 centímetros, alcanzo un 80%. El ángulo de dirección del vehículo más afectado fue

el de 180º con una precisión del 88% en un rango de 15 centímetros. Aunque en ambas pruebas los

ángulos fueron más precisos que en la primera realizada, estos se descartan en los cálculos, ya que

estos mismos son calculados gracias a la trilateración.

De la última etapa de pruebas podemos concluir el correcto funcionamiento del sistema de

trilateración en 2D en conjunto con el AGV, de donde podemos resaltar que en promedio se

cumplió con el 92% de las tareas asignadas, sin embargo, solo el 83% de las tareas se concluyeron

dentro de un margen de error de 15 centímetros, un poco menos que la circunferencia del AGV y

para un margen de error de 10 centímetros se completaron con precisión 42% de las tareas.

Como resultado de todas las pruebas encontramos varios aspectos importantes, unos positivos y

algunos negativos, los cuales tendrían incidencia en el tipo de prestación que se le desee otorgar a

este tipo de sistemas.

Page 67: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 67

XI. CONCLUSIONES

El trabajo de grado dio cumplimiento a cada uno de sus objetivos, los cuales finalizaron con el

completo desarrollo, puesta en marcha y prueba del sistema de trilateración 2D con un AGV en

movimiento. A medida que se realizó el mismo y se fue dando alcance a cada uno de los objetivos

planteados, surgieron diferentes conclusiones en cuanto a diversos aspectos del proyecto, inclusive

de inconvenientes que no se esperaban tener.

En primer lugar, se esperaba que la implementación y programación del proyecto en cuanto al

desarrollo de comunicaciones inalámbricas fuera uno de los más grandes retos, sin embargo, la

simplicidad y versatilidad del protocolo MiWi nos permitió satisfacer cada una de las necesidades

en comunicaciones planteadas sin inconveniente alguno. Por otro lado, se consideraba la

implementación de los motores algo sencillo, y la puesta en marcha de los mismos conto con varios

contratiempos importantes, a los cuales se les pudo dar solución, agregando al proyecto mayor

control.

La calibración de los componentes jugo un papel importante en el desarrollo del proyecto, ya que

en la mayoría de los casos fue necesario desde programación hacer compensaciones que se

reflejaran en el correcto funcionamiento del dispositivo, lo cual nos generó diferentes percances.

Los servomotores por ejemplo, respondían adecuadamente a los cambios en su señal de entrada,

sin embargo, los puntos críticos (0º y 180º) variaban de un servomotor a otro, por lo cual se

calibraron con la ayuda de un generador de señales y se realizó una configuraron prestablecida

desde la programación para cada servomotor. El par de motores del AGV siendo de la misma marca

y modelo, contaron con un desbalance que en pequeños movimientos era imperceptible, pero

enseguida se notaba la inclinación de los movimientos del vehículo hacia la izquierda, debido a

que el motor derecho gira un poco más con la misma señal del motor izquierdo, esto se pudo

solucionar desde programación modulando los anchos de pulso de la señal enviada a cada motor,

haciendo una compensación del 31% a cada pulso enviado al motor izquierdo con relación al motor

derecho.

Page 68: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 68

En el proceso de integrar cada uno de los dispositivos para la ejecución del método de trilateración

surgen varios problemas con la información entregada por parte de los sensores ultrasónicos, en

gran medida debido al cono de emisión tan amplio con el que cuentan. Los sensores al hacer el

barrido no encontraban la distancia al objeto sino en muchos casos la distancia a otro de los nodos,

además, en algunos casos llegaban a dar falsas lecturas cuando varios sensores hacían el barrido al

mismo tiempo, ya sea por el cruce directo de señales o ecos generados en el mismo espacio de

pruebas. Todos estos inconvenientes fueron reducidos en gran parte desde la programación con la

ayuda de condicionales y filtros, sin embargo, en las últimas pruebas se presentan errores con

algunas de las medidas.

De la primera etapa de pruebas se puede concluir que la medición de distancias por parte del

vehículo de guiado autónomo es bastante precisa, teniendo en cuenta que el 88% de las medidas

estuvieron dentro de un margen de error de 5 centímetros, que para la geometría no regular tanto

del AGV como de los nodos, es muy común encontrar medidas más distantes. En cuanto a la

medida de ángulos es totalmente lo contrario, por lo cual la medida de estos es descartada y son

obtenidos después del proceso de trilateración con la ayuda de la geometría.

La tercera etapa de pruebas concluye el potencial de las comunicaciones cuando son utilizadas en

paralelo con instrumentos de medida, ya que se demuestra la mejora presentada por el sistema de

trilateración con la obtención de medidas tanto por el AGV como por los nodos, lo que represento

una diferencia de 24 puntos porcentuales en la precisión, en comparación con la segunda etapa de

pruebas, la cual solo contaba con la información obtenida por los nodos.

En el desarrollo y resultados de la última etapa de pruebas, encontramos aspectos bastantes

relevantes en cuanto al correcto funcionamiento del sistema de trilateración en conjunto con el

vehículo de guiado autónomo, donde en el 92% de las pruebas el AGV culmino su tarea, sin

embargo, nos da pie para pensar en la cantidad de inconvenientes que presentan los sensores

ultrasónicos en este tipo de implementaciones, ya que de acuerdo al área de pruebas se esperaba

obtener un porcentaje de precisión por encima del 90%. En la visualización, no se presentó ningún

inconveniente, teniendo como resultado, que del 100% de las pruebas realizadas, ninguna de ellas

presento errores.

Page 69: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 69

Al final podemos concluir que los sensores ultrasónicos pueden presentar inconvenientes en la

implementación de algunos sistemas de localización dentro de interiores, ya que estos son

fácilmente alterados por otros sensores ultrasónicos, el entorno y demás objetos a su alrededor que

se crucen con su amplio cono de emisión. Estos en cambio pueden ser de mucha importancia

gracias a su bajo costo, en implementaciones más específicas de localización, en espacios más

libres de obstáculos, como lo puede ser la localización de un dispositivo limpiador de piscinas, o

una podadora en un área determinada de un jardín.

Page 70: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 70

REFERENCIAS

[1] B. K. M. R. M.M. Rashid, «New Automated Storage and Retrieval System (ASRS) using

wireless Communications,» Mechatronics (ICOM) 4th Internacion Conference, Mayo 2011.

[2] O. J. W. a. R. K. Harle, «Concurrent scheduling in the Active Bat location system,» Computer

Laboratory University of Cambridge.

[3] N. B. Priyantha, «The Cricket Indoor Location System,» S.M. Computer Science,

Massachusetts Institute of Technology, 2005.

[4] J. S. A. S. M. Haitham K.Ali, «Design of Ultrasonic Radar,» vol. 3, 2015.

[5] M. M. Martinez, «Desarrollo de red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas,» 2013.

[6] I. T. Rubio, «Sistemas de localización y medicion de distancias basados en ultrasonido,»

2010.

[7] E. G. Sanz, «Implementacion de sensores de ultrasonidos en un sistema autonomo de tiempo

real,» 2003.

[8] P. C. Garcia, «Sistema de Localizacion en Interiores por Ultrasonio,» R. Jativa, MSc., 2012.

[9] M. M. Martinez, «Desarrollo de red inalámbrica MiWi para explotaciones agrícolas,» 2013.

[10] G. Meneses, «Tutorial Protocolo MiWi,» Medellin, 2013.

[11] I. M. Q. Pinos, «construcción de un portotipo de robot con un microcontrolador, sensores de

luz y servomotores que realice movimientos autónomos,» 2012.

[12] J. V. Rivero, «Microchip PIC,» 2009.

[13] C. V. G. R. G. A. Gustavo Meneses Benavides, «Prototipo de vehículo de guiado autónomo

para sistema de almacenamiento y recuperación automático de libros,» Revista de

Investigaciones-Universidad de Quindio, 2013.

Page 71: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 71

ANEXOS

Anexo. Diagrama de Pines Microcontrolador PIC 18f4620

Page 72: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 72

Anexo. Schematic MRF24J40MA

Page 73: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 73

Anexo. Resultados segunda etapa de pruebas en la posición 75,75

% 17% 47% 86%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

75,75 0 5510 5072 5297 110,0 102,4 106,3 69,7 75,1 72,6 72,3 58,7 61,3 67,0 69,6 9,68 0 1 1

75,75 0 5513 5063 5294 110,1 102,3 106,3 69,5 75,0 72,4 72,2 58,7 61,4 66,9 69,6 9,79 0 1 1

75,75 0 5510 5039 5291 110,0 101,9 106,2 69,3 74,7 72,1 72,0 58,8 61,6 66,7 69,4 9,97 0 1 1

75,75 0 5510 5039 5270 110,0 101,9 105,9 69,3 74,7 71,8 72,2 59,4 62,4 66,8 69,8 9,70 0 1 1

75,75 0 5513 5063 5291 110,1 102,3 106,2 69,5 75,0 72,4 72,3 58,7 61,5 66,9 69,6 9,75 0 1 1

75,75 90 5279 5297 5642 106,0 106,3 112,3 75,2 75,2 79,4 70,7 95,5 90,9 83,4 78,9 9,25 0 1 1

75,75 90 5279 5324 5642 106,0 106,8 112,3 75,6 75,5 79,8 71,0 95,5 90,9 83,6 79,1 9,54 0 1 1

75,75 90 5264 5324 5639 105,8 106,8 112,2 75,7 75,3 79,7 71,0 95,1 90,4 83,5 78,9 9,37 0 1 1

75,75 90 5279 5318 5642 106,0 106,7 112,3 75,5 75,4 79,7 70,9 95,5 90,9 83,6 79,1 9,48 0 1 1

75,75 90 5288 5129 5648 106,2 103,4 112,4 73,1 73,2 77,4 68,6 58,7 54,2 69,7 65,3 11,03 0 0 1

75,75 180 5264 5438 5549 105,8 108,8 110,7 77,1 76,7 80,1 73,6 91,9 88,4 83,1 79,6 9,25 0 1 1

75,75 180 5255 5489 5573 105,6 109,6 111,1 77,9 77,2 81,0 73,9 92,6 88,6 83,8 79,9 10,09 0 0 1

75,75 180 5264 5510 5570 105,8 110,0 111,0 78,1 77,5 81,2 74,2 92,7 88,9 84,0 80,2 10,38 0 0 1

75,75 180 5285 5507 5549 106,1 109,9 110,7 77,8 77,7 80,9 74,5 92,4 89,2 83,7 80,5 10,27 0 0 1

75,75 180 5285 5510 5578 106,1 110,0 111,2 77,8 77,8 81,3 74,1 93,5 89,8 84,2 80,6 10,74 0 0 1

75,75 270 5513 5507 5144 110,1 109,9 103,7 74,9 80,5 76,0 79,5 82,0 86,5 77,6 82,1 7,62 0 1 1

75,75 270 5513 5507 5123 110,1 109,9 103,3 74,9 80,5 75,7 79,7 80,7 85,5 77,1 81,9 7,22 0 1 1

75,75 270 5519 5507 5120 110,2 109,9 103,3 74,8 80,5 75,7 79,7 80,9 85,8 77,1 82,0 7,33 0 1 1

75,75 270 5519 5507 5117 110,2 109,9 103,2 74,8 80,5 75,7 79,8 80,7 85,6 77,1 82,0 7,27 0 1 1

75,75 270 5513 5507 5120 110,1 109,9 103,3 74,9 80,5 75,7 79,7 80,6 85,4 77,1 81,9 7,17 0 1 1

Precisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

InterseccionesPosición

Page 74: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 74

Anexo. Resultados segunda etapa de pruebas en la posición 120,30

% 17% 47% 86%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

120,30 0 1883 6458 9416 47,5 126,3 177,3 120,7 37,3 124,2 23,4 144,5 47,1 129,8 36,0 11,45 0 0 1

120,30 0 1880 6479 9428 47,4 126,7 177,6 121,0 37,5 124,5 23,4 144,7 47,1 130,1 36,0 11,75 0 0 1

120,30 0 1877 6437 9476 47,4 126,0 178,4 120,4 37,0 124,1 21,8 145,8 47,2 130,1 35,3 11,41 0 0 1

120,30 0 1877 6437 9422 47,4 126,0 177,4 120,4 37,0 123,9 22,9 144,5 47,0 129,6 35,7 11,15 0 0 1

120,30 0 1880 9440 9422 47,4 177,8 177,4 172,8 41,6 161,0 75,4 144,6 47,1 159,5 54,7 46,54 0 0 0

120,30 90 1886 9530 9347 47,5 179,3 176,2 174,6 40,6 161,1 78,7 142,9 47,0 159,5 55,4 47,03 0 0 0

120,30 90 1904 6197 9419 47,8 121,8 177,4 116,9 34,5 120,3 19,6 102,5 5,2 113,2 19,8 12,30 0 0 1

120,30 90 1904 9521 9440 47,8 179,2 177,8 174,4 41,2 161,9 76,7 145,3 47,6 160,5 55,1 47,69 0 0 0

120,30 90 1886 6200 9392 47,5 121,9 176,9 117,0 34,2 120,2 20,2 102,9 6,0 113,4 20,1 11,89 0 0 1

120,30 90 1907 6200 9419 47,9 121,9 177,4 116,9 34,6 120,3 19,6 102,4 5,1 113,2 19,8 12,27 0 0 1

120,30 180 1892 9509 9389 47,6 178,9 176,9 174,2 41,0 161,3 77,5 144,0 47,2 159,8 55,2 47,15 0 0 0

120,30 180 1913 6080 9368 48,0 119,8 176,5 115,2 33,0 118,3 19,0 102,4 6,2 112,0 19,4 13,28 0 0 1

120,30 180 1913 9461 9368 48,0 178,1 176,5 173,1 42,1 160,7 76,9 143,8 47,6 159,2 55,5 46,75 0 0 0

120,30 180 1913 9482 3737 48,0 178,5 79,4 173,5 41,8 78,8 160,2 - - - - - 0 0 0

120,30 180 1892 9509 9341 47,6 178,9 176,1 174,2 41,0 160,8 78,4 142,8 47,1 159,3 55,5 46,84 0 0 0

120,30 270 1814 9479 9440 46,3 178,4 177,8 174,0 39,6 161,5 75,8 144,1 45,9 159,9 53,8 46,41 0 0 0

120,30 270 1814 6524 9476 46,3 127,5 178,4 122,0 36,9 125,4 23,1 144,9 46,0 130,8 35,3 12,02 0 0 1

120,30 270 1814 6545 9446 46,3 127,8 177,9 122,3 37,1 125,6 24,0 144,2 45,9 130,7 35,7 12,13 0 0 1

120,30 270 1835 9557 9455 46,6 179,8 178,0 175,5 39,1 162,4 77,1 144,7 46,3 160,9 54,2 47,48 0 0 0

120,30 270 1835 6548 9482 46,6 127,9 178,5 122,3 37,5 125,7 23,3 145,3 46,4 131,1 35,7 12,52 0 0 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 75: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 75

Anexo. Resultados segunda etapa de pruebas en la posición 120,120

% 17% 47% 86%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

120,120 0 6632 9335 6224 129,3 175,9 122,3 122,4 126,4 120,4 128,3 119,9 125,8 120,9 126,8 6,89 0 1 1

120,120 0 6626 9359 6224 129,2 176,4 122,3 123,0 126,4 120,5 128,8 119,9 125,7 121,1 127,0 7,05 0 1 1

120,120 0 6629 9311 624 129,3 175,5 25,8 122,0 126,2 3,7 175,5 - - - - - 0 0 0

120,120 0 6623 9341 6227 129,2 176,1 122,4 122,7 126,3 120,4 128,4 119,9 125,6 121,0 126,8 6,85 0 1 1

120,120 0 6623 9368 6224 129,2 176,5 122,3 123,2 126,4 120,5 129,0 119,9 125,6 121,2 127,0 7,10 0 1 1

120,120 90 6254 9311 6557 122,8 175,5 128,1 127,4 120,7 125,2 123,1 124,5 120,2 125,7 121,3 5,86 0 1 1

120,120 90 6254 8810 6557 122,8 166,9 128,1 117,6 118,5 122,6 113,2 124,5 120,2 121,6 117,3 3,15 1 1 1

120,120 90 6254 8816 6557 122,8 167,0 128,1 117,7 118,5 122,7 113,3 124,5 120,2 121,6 117,3 3,14 1 1 1

120,120 90 6254 8816 6557 122,8 167,0 128,1 117,7 118,5 122,7 113,3 124,5 120,2 121,6 117,3 3,14 1 1 1

120,120 90 6227 8816 6560 122,4 167,0 128,1 118,1 118,1 122,7 113,3 124,5 119,7 121,7 117,0 3,46 1 1 1

120,120 180 6176 9815 6587 121,5 184,2 128,6 138,9 121,0 127,4 133,0 124,7 118,8 130,4 124,3 11,22 0 0 1

120,120 180 6176 9710 6587 121,5 182,4 128,6 136,7 120,8 127,1 130,8 124,7 118,8 129,5 123,5 10,14 0 0 1

120,120 180 6176 9887 6587 121,5 185,5 128,6 140,5 121,1 127,6 134,6 124,7 118,8 130,9 124,8 11,96 0 0 1

120,120 180 6170 9911 6587 121,4 185,9 128,6 141,1 121,0 127,7 135,1 124,7 118,7 131,2 124,9 12,20 0 0 1

120,120 180 6176 9860 6587 121,5 185,0 128,6 139,9 121,1 127,6 134,0 124,7 118,8 130,7 124,6 11,68 0 0 1

120,120 270 6572 8807 6146 128,3 166,8 121,0 112,9 122,8 116,9 119,0 118,2 124,3 116,0 122,1 4,48 1 1 1

120,120 270 6572 8810 6143 128,3 166,9 120,9 113,0 122,9 116,9 119,1 118,1 124,3 116,0 122,1 4,50 1 1 1

120,120 270 6572 8810 6144 128,3 166,9 120,9 113,0 122,9 116,9 119,1 118,2 124,3 116,0 122,1 4,49 1 1 1

120,120 270 6575 8810 6146 128,4 166,9 121,0 112,9 122,9 116,9 119,1 118,2 124,4 116,0 122,1 4,50 1 1 1

120,120 270 6572 8810 6143 128,3 166,9 120,9 113,0 122,9 116,9 119,1 118,1 124,3 116,0 122,1 4,50 1 1 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 76: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 76

Anexo. Resultados segunda etapa de pruebas en la posición 30,120

% 17% 47% 86%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

30,120 0 9329 6146 1934 175,8 121,0 48,3 20,7 119,2 34,4 116,0 6,9 102,1 20,6 112,4 12,03 0 0 1

30,120 0 9329 6128 1382 175,8 120,7 38,8 20,5 118,9 22,7 118,5 17,1 115,1 20,1 117,5 10,22 0 0 1

30,120 0 9329 6125 1934 175,8 120,6 48,3 20,4 118,9 34,1 115,7 6,9 102,1 20,4 112,2 12,31 0 0 1

30,120 0 9314 6128 1934 175,6 120,7 48,3 20,8 118,9 34,1 115,7 7,2 102,2 20,7 112,3 12,10 0 0 1

30,120 0 9326 6125 1934 175,8 120,6 48,3 20,5 118,9 34,1 115,7 6,9 102,2 20,5 112,2 12,28 0 0 1

30,120 90 9335 6281 1079 175,9 123,3 33,6 22,5 121,2 18,4 121,9 - - - - - 0 0 0

30,120 90 9407 6260 1796 177,2 122,9 46,0 20,7 121,2 33,3 118,3 7,0 104,6 20,3 114,7 11,03 0 0 1

30,120 90 9335 6284 1799 175,9 123,3 46,0 22,5 121,3 33,7 118,7 8,7 104,8 21,6 114,9 9,80 0 1 1

30,120 90 9335 6284 1796 175,9 123,3 46,0 22,5 121,3 33,6 118,7 8,7 104,9 21,6 114,9 9,79 0 1 1

30,120 90 9335 6281 1799 175,9 123,3 46,0 22,5 121,2 33,7 118,6 8,7 104,8 21,6 114,9 9,84 0 1 1

30,120 180 9335 6488 1904 175,9 126,9 47,8 25,5 124,3 38,0 121,0 47,3 142,9 36,9 129,4 11,67 0 0 1

30,120 180 9329 6527 1904 175,8 127,5 47,8 26,1 124,8 38,5 121,6 47,3 142,7 37,3 129,7 12,15 0 0 1

30,120 180 9329 6527 1904 175,8 127,5 47,8 26,1 124,8 38,5 121,6 47,3 142,7 37,3 129,7 12,15 0 0 1

30,120 180 9314 6533 1904 175,6 127,6 47,8 26,5 124,8 38,5 121,7 47,2 142,4 37,4 129,6 12,16 0 0 1

30,120 180 9326 6533 1904 175,8 127,6 47,8 26,3 124,9 38,5 121,7 47,3 142,6 37,4 129,7 12,21 0 0 1

30,120 270 9314 6416 1940 175,6 125,6 48,4 24,8 123,1 37,9 119,8 47,9 142,9 36,9 128,6 11,00 0 0 1

30,120 270 9314 6416 1940 175,6 125,6 48,4 24,8 123,1 37,9 119,8 47,9 142,9 36,9 128,6 11,00 0 0 1

30,120 270 9314 6413 1940 175,6 125,6 48,4 24,8 123,1 37,8 119,7 47,9 142,9 36,8 128,6 10,97 0 0 1

30,120 270 9341 6416 1940 176,1 125,6 48,4 24,3 123,3 37,9 119,8 48,0 143,5 36,7 128,8 11,11 0 0 1

30,120 270 9311 6413 1940 175,5 125,6 48,4 24,9 123,1 37,8 119,7 47,9 142,8 36,9 128,5 10,95 0 0 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 77: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 77

Anexo. Resultados segunda etapa de pruebas en la posición 30,30

% 17% 47% 86%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

30,30 0 6515 1895 6149 127,3 47,7 121,0 28,5 38,2 33,7 33,8 26,8 32,0 29,6 34,6 4,65 1 1 1

30,30 0 6515 1874 6152 127,3 47,3 121,1 28,4 37,8 33,3 33,6 26,7 31,9 29,5 34,4 4,48 1 1 1

30,30 0 6515 1877 6149 127,3 47,4 121,0 28,4 37,9 33,3 33,7 26,8 32,0 29,5 34,5 4,53 1 1 1

30,30 0 6524 1874 6152 127,5 47,3 121,1 28,3 37,9 33,3 33,6 26,6 31,9 29,4 34,5 4,51 1 1 1

30,30 0 6521 1877 6149 127,4 47,4 121,0 28,3 37,9 33,3 33,7 26,6 32,0 29,4 34,5 4,55 1 1 1

30,30 90 6047 1913 6500 119,3 48,0 127,1 35,3 32,5 38,3 28,9 34,0 27,6 35,9 29,6 5,87 0 1 1

30,30 90 6047 1913 5540 119,3 48,0 110,5 35,3 32,5 23,3 42,0 40,5 47,2 33,0 40,6 10,97 0 0 1

30,30 90 6029 1895 6524 118,9 47,7 127,5 35,4 31,9 38,3 28,4 34,2 27,2 36,0 29,2 6,02 0 1 1

30,30 90 6050 1919 5741 119,3 48,1 114,0 35,3 32,7 27,6 39,4 38,6 42,8 33,8 38,3 9,12 0 1 1

30,30 90 6047 1919 5552 119,3 48,1 110,7 35,3 32,7 23,7 41,8 40,3 46,9 33,1 40,5 10,91 0 0 1

30,30 180 6182 1796 5795 121,6 46,0 114,9 32,8 32,2 25,8 38,0 35,4 40,7 31,3 37,0 7,11 0 1 1

30,30 180 6182 1799 5768 121,6 46,0 114,4 32,8 32,3 25,4 38,4 35,6 41,2 31,3 37,3 7,42 0 1 1

30,30 180 6182 1796 6413 121,6 46,0 125,6 32,8 32,2 35,3 29,5 31,8 28,5 33,3 30,1 3,28 1 1 1

30,30 180 7003 1796 6551 135,7 46,0 127,9 20,6 41,1 36,9 27,5 16,2 23,1 24,6 30,5 5,46 0 1 1

30,30 180 6182 1799 6551 121,6 46,0 127,9 32,8 32,3 36,9 27,5 31,2 25,9 33,6 28,6 3,90 1 1 1

30,30 270 4229 1790 6314 87,9 45,9 123,9 56,2 - 33,9 30,9 - - - - - 0 0 0

30,30 270 6047 1790 6029 119,3 45,9 118,9 34,6 30,1 29,8 34,8 36,6 36,8 33,7 33,9 5,36 0 1 1

30,30 270 9410 1790 2903 177,2 45,9 65,1 -22,7 39,8 - 67,9 - - - - - 0 0 0

30,30 270 5609 1790 4898 111,7 45,9 99,4 40,4 21,7 - 49,0 - - - - - 0 0 0

30,30 270 6047 1798 6341 119,3 46,0 124,3 34,6 30,3 34,4 30,5 34,7 30,6 34,6 30,5 4,62 1 1 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 78: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 78

Anexo. Resultados tercera etapa de pruebas en la posición 75,75

% 21% 71% 93%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

75,75 0 5481 5207 5092 109,5 104,8 102,8 71,6 76,5 71,7 76,4 69,7 74,5 71,0 75,8 4,05 1 1 1

75,75 0 5514 5221 5112 110,1 105,0 103,1 71,4 77,0 72,2 76,3 65,0 69,9 69,5 74,4 5,53 0 1 1

75,75 0 5513 5210 5111 110,1 104,8 103,1 71,3 76,9 72,0 76,2 65,1 70,0 69,5 74,4 5,58 0 1 1

75,75 0 5497 5204 5089 109,8 104,7 102,7 71,4 76,6 71,7 76,4 68,0 73,0 70,3 75,3 4,67 1 1 1

75,75 0 5504 5217 5120 109,9 104,9 103,3 71,5 76,9 72,2 76,2 65,2 69,9 69,6 74,3 5,42 0 1 1

75,75 90 5140 5249 5642 103,6 105,5 112,3 76,3 72,8 78,9 70,1 63,9 57,7 73,0 66,9 8,36 0 1 1

75,75 90 5288 5332 5642 106,2 106,9 112,3 75,5 75,7 79,9 71,1 95,7 91,2 83,7 79,3 9,71 0 1 1

75,75 90 5261 5314 5634 105,7 106,6 112,1 75,6 75,1 79,6 71,0 94,8 90,2 83,4 78,8 9,16 0 1 1

75,75 90 5283 5313 5633 106,1 106,6 112,1 75,4 75,4 79,5 71,0 95,3 90,9 83,4 79,1 9,33 0 1 1

75,75 90 5283 5122 5658 106,1 103,3 112,6 73,1 73,0 77,5 68,4 58,6 53,9 69,7 65,1 11,21 0 0 1

75,75 180 5271 5430 5541 105,9 108,6 110,5 77,0 76,7 79,9 73,6 91,8 88,5 82,9 79,6 9,12 0 1 1

75,75 180 5259 5488 5545 105,7 109,6 110,6 77,8 77,2 80,6 74,3 91,7 88,1 83,4 79,9 9,68 0 1 1

75,75 180 5260 5515 5576 105,7 110,1 111,1 78,2 77,5 81,3 74,2 92,8 88,9 84,1 80,2 10,49 0 0 1

75,75 180 5290 5475 5547 106,2 109,4 110,6 77,3 77,4 80,5 74,1 92,5 89,3 83,4 80,3 9,94 0 1 1

75,75 180 5294 5511 5587 106,3 110,0 111,3 77,7 77,9 81,4 74,0 94,0 90,3 84,3 80,7 10,97 0 0 1

75,75 270 5506 5502 5143 109,9 109,9 103,7 74,9 80,3 75,9 79,4 81,6 86,1 77,5 81,9 7,37 0 1 1

75,75 270 5521 5506 5133 110,2 109,9 103,5 74,8 80,5 75,8 79,6 81,7 86,5 77,5 82,2 7,61 0 1 1

75,75 270 5512 5498 5117 110,0 109,8 103,2 74,8 80,3 75,6 79,7 80,3 85,2 76,9 81,7 6,99 0 1 1

75,75 270 5510 5516 5126 110,0 110,1 103,4 75,1 80,5 75,9 79,8 80,8 85,5 77,2 81,9 7,29 0 1 1

75,75 270 5506 5504 5110 109,9 109,9 103,1 75,0 80,3 75,5 79,8 79,5 84,3 76,7 81,5 6,72 0 1 1

Precisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

InterseccionesPosición

Page 79: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 79

Anexo. Resultados tercera etapa de pruebas en la posición 120,30

% 21% 71% 93%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

120,30 0 1882 6451 9110 47,4 126,2 172,1 120,6 37,2 122,7 29,4 136,7 45,6 126,7 37,4 9,99 0 1 1

120,30 0 1874 6453 9105 47,3 126,3 172,0 120,7 37,1 122,8 29,5 136,5 45,3 126,6 37,3 9,89 0 1 1

120,30 0 1885 6432 9090 47,5 125,9 171,7 120,3 37,1 122,4 29,5 136,2 45,5 126,3 37,4 9,70 0 1 1

120,30 0 1877 6441 9090 47,4 126,1 171,7 120,5 37,0 122,5 29,7 136,1 45,3 126,4 37,3 9,71 0 1 1

120,30 0 1866 6454 9074 47,2 126,3 171,4 120,7 37,0 122,6 30,2 135,4 44,9 126,3 37,3 9,65 0 1 1

120,30 90 1876 6447 9083 47,3 126,2 171,6 120,6 37,1 122,6 29,9 135,9 45,2 126,3 37,4 9,74 0 1 1

120,30 90 1894 6202 9422 47,7 121,9 177,4 117,0 34,4 120,3 19,6 102,6 5,2 113,3 19,7 12,24 0 0 1

120,30 90 1845 6200 9248 46,8 121,9 174,4 117,2 33,4 119,7 23,1 104,3 10,2 113,7 22,2 9,98 0 1 1

120,30 90 1857 6205 9250 47,0 122,0 174,5 117,2 33,7 119,8 23,1 104,0 9,9 113,7 22,3 9,99 0 1 1

120,30 90 1905 6198 9140 47,8 121,9 172,6 116,9 34,5 119,2 25,2 103,7 12,0 113,3 23,9 9,07 0 1 1

120,30 180 1883 9518 9093 47,5 179,1 171,8 174,4 40,7 158,4 83,6 136,3 45,4 156,4 56,6 45,04 0 0 0

120,30 180 1870 6089 9110 47,2 120,0 172,1 115,5 32,3 117,5 24,3 104,7 13,5 112,6 23,4 9,95 0 1 1

120,30 180 1904 6538 9372 47,8 127,7 176,6 121,8 38,6 125,2 25,4 143,7 47,4 130,2 37,1 12,47 0 0 1

120,30 180 1921 9483 3731 48,1 178,5 79,3 173,5 42,0 78,7 160,2 - - - - - 0 0 0

120,30 180 1892 9500 9350 47,6 178,8 176,2 174,0 41,1 160,9 78,1 143,0 47,1 159,3 55,4 46,81 0 0 0

120,30 270 1813 6540 9435 46,3 127,8 177,7 122,3 37,0 125,4 24,2 144,0 45,9 130,6 35,7 12,00 0 0 1

120,30 270 1817 6534 9480 46,3 127,7 178,4 122,2 37,0 125,5 23,2 145,1 46,1 130,9 35,4 12,19 0 0 1

120,30 270 1813 6545 9449 46,3 127,8 177,9 122,3 37,1 125,6 24,0 144,3 45,9 130,7 35,7 12,13 0 0 1

120,30 270 1832 9567 9448 46,6 179,9 177,9 175,7 38,9 162,4 77,4 144,5 46,3 160,9 54,2 47,50 0 0 0

120,30 270 1840 6547 9481 46,7 127,9 178,5 122,2 37,6 125,7 23,3 145,4 46,5 131,1 35,8 12,54 0 0 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 80: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 80

Anexo. Resultados tercera etapa de pruebas en la posición 120,120

% 21% 71% 93%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

120,120 0 6639 9342 6233 129,5 176,1 122,5 122,5 126,5 120,5 128,3 120,1 126,0 121,0 126,9 7,01 0 1 1

120,120 0 6630 9365 6225 129,3 176,5 122,3 123,1 126,5 120,5 128,9 119,9 125,8 121,2 127,1 7,14 0 1 1

120,120 0 6626 9306 630 129,2 175,4 25,9 121,9 126,2 5,0 175,4 - - - - - 0 0 0

120,120 0 6623 9344 6222 129,2 176,1 122,3 122,7 126,3 120,4 128,5 119,8 125,6 121,0 126,8 6,88 0 1 1

120,120 0 6622 9370 6214 129,2 176,6 122,1 123,3 126,4 120,3 129,2 119,7 125,6 121,1 127,0 7,12 0 1 1

120,120 90 6249 9303 6560 122,7 175,4 128,1 127,3 120,6 125,2 122,8 124,6 120,1 125,7 121,2 5,82 0 1 1

120,120 90 6260 8816 6549 122,9 167,0 127,9 117,6 118,6 122,6 113,4 124,4 120,2 121,5 117,4 3,00 1 1 1

120,120 90 6254 8825 6554 122,8 167,2 128,0 117,8 118,5 122,7 113,5 124,5 120,1 121,7 117,4 3,09 1 1 1

120,120 90 6264 8821 6551 123,0 167,1 127,9 117,6 118,7 122,6 113,5 124,5 120,3 121,6 117,5 2,96 1 1 1

120,120 90 6228 8825 6566 122,4 167,2 128,2 118,2 118,2 122,9 113,3 124,6 119,7 121,9 117,1 3,48 1 1 1

120,120 180 6173 9723 6558 121,4 182,6 128,1 137,0 120,7 126,7 131,5 124,2 118,7 129,3 123,6 10,00 0 1 1

120,120 180 6173 9719 6560 121,4 182,6 128,1 137,0 120,7 126,7 131,4 124,2 118,7 129,3 123,6 9,97 0 1 1

120,120 180 6168 9893 6577 121,3 185,6 128,4 140,7 121,0 127,5 134,8 124,5 118,6 130,9 124,8 11,92 0 0 1

120,120 180 6167 9902 6578 121,3 185,7 128,4 140,9 121,0 127,5 135,0 124,5 118,6 131,0 124,9 12,02 0 0 1

120,120 180 6170 9851 6595 121,4 184,8 128,7 139,8 120,9 127,7 133,7 124,9 118,7 130,8 124,5 11,65 0 0 1

120,120 270 6575 8815 6143 128,4 167,0 120,9 113,0 122,9 116,9 119,2 118,2 124,4 116,0 122,2 4,51 1 1 1

120,120 270 6566 8800 6142 128,2 166,7 120,9 112,9 122,7 116,8 118,9 118,1 124,2 115,9 121,9 4,50 1 1 1

120,120 270 6574 8811 6141 128,3 166,9 120,9 113,0 122,9 116,9 119,2 118,1 124,3 116,0 122,1 4,54 1 1 1

120,120 270 6576 8806 6141 128,4 166,8 120,9 112,8 122,9 116,9 119,1 118,1 124,4 115,9 122,1 4,57 1 1 1

120,120 270 6577 8815 6143 128,4 167,0 120,9 113,0 122,9 116,9 119,2 118,2 124,4 116,0 122,2 4,53 1 1 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 81: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 81

Anexo. Resultados tercera etapa de pruebas en la posición 30,120

% 21% 71% 93%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

30,120 0 9322 6152 1936 175,7 121,1 48,4 20,9 119,2 34,5 116,1 7,0 102,1 20,8 112,5 11,88 0 0 1

30,120 0 9290 6121 1392 175,2 120,5 39,0 21,1 118,7 22,8 118,4 18,4 115,6 20,8 117,5 9,54 0 1 1

30,120 0 9335 6119 1937 175,9 120,5 48,4 20,2 118,8 34,0 115,6 6,7 102,1 20,3 112,2 12,47 0 0 1

30,120 0 9288 6121 1398 175,1 120,5 39,1 21,2 118,7 22,9 118,3 18,3 115,4 20,8 117,5 9,54 0 1 1

30,120 0 9316 6134 1940 175,6 120,8 48,4 20,8 119,0 34,3 115,8 7,1 102,1 20,7 112,3 12,07 0 0 1

30,120 90 9332 6277 1080 175,9 123,2 33,6 22,5 121,2 18,4 121,8 - - - - - 0 0 0

30,120 90 9402 6252 1804 177,1 122,8 46,1 20,7 121,0 33,4 118,2 7,0 104,4 20,3 114,5 11,09 0 0 1

30,120 90 9345 6280 1800 176,1 123,3 46,0 22,3 121,2 33,7 118,6 8,4 104,7 21,4 114,9 9,98 0 1 1

30,120 90 9339 6291 1786 176,0 123,5 45,8 22,5 121,4 33,5 118,8 8,8 105,1 21,6 115,1 9,72 0 1 1

30,120 90 9337 6277 1790 176,0 123,2 45,9 22,4 121,2 33,4 118,6 8,8 105,0 21,5 114,9 9,88 0 1 1

30,120 180 9307 6380 1888 175,5 125,0 47,6 24,5 122,6 36,5 119,5 46,9 142,0 35,9 128,0 9,99 0 1 1

30,120 180 9330 6524 1913 175,9 127,5 48,0 26,1 124,8 38,6 121,5 47,4 142,9 37,4 129,7 12,20 0 0 1

30,120 180 9323 6526 1895 175,7 127,5 47,7 26,3 124,8 38,3 121,6 47,1 142,4 37,2 129,6 12,02 0 0 1

30,120 180 9322 6528 1898 175,7 127,6 47,7 26,3 124,8 38,4 121,6 47,1 142,5 37,3 129,6 12,07 0 0 1

30,120 180 9317 6532 1914 175,6 127,6 48,0 26,5 124,8 38,7 121,6 47,4 142,6 37,5 129,7 12,26 0 0 1

30,120 270 9156 6360 1913 172,9 124,7 48,0 27,2 121,7 36,7 119,1 46,6 138,5 36,8 126,4 9,39 0 1 1

30,120 270 9157 6372 1938 172,9 124,9 48,4 27,3 121,8 37,3 119,2 47,1 138,9 37,3 126,6 9,85 0 1 1

30,120 270 9164 6380 1915 173,0 125,0 48,0 27,3 122,0 37,0 119,4 46,7 138,8 37,0 126,7 9,70 0 1 1

30,120 270 9182 6404 1941 173,3 125,4 48,5 27,3 122,4 37,7 119,6 47,3 139,6 37,5 127,2 10,38 0 0 1

30,120 270 9199 6392 1900 173,6 125,2 47,8 26,8 122,3 36,9 119,7 46,6 139,4 36,7 127,1 9,82 0 1 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones

Page 82: Sistema de trilateración 2d en espacios interiores para

SISTEMA DE TRILATERACION 2D EN ESPACIOS INTERIORES PARA VEHÍCULO… 82

Anexo. Resultados tercera etapa de pruebas en la posición 30,30

% 21% 71% 93%

Pu

nto

An

gulo

X Y Z X Y Z X Y X Y X Y X Y

Dis

tan

cia

5 10 15

30,30 0 6505 1903 6147 127,2 47,8 121,0 28,7 38,2 33,8 33,8 27,0 32,1 29,8 34,7 4,71 1 1 1

30,30 0 6510 1877 6161 127,2 47,4 121,2 28,5 37,8 33,5 33,5 26,8 31,8 29,6 34,4 4,38 1 1 1

30,30 0 6506 1885 6154 127,2 47,5 121,1 28,6 37,9 33,5 33,6 26,9 31,9 29,7 34,5 4,50 1 1 1

30,30 0 6526 1874 6142 127,5 47,3 120,9 28,3 37,9 33,2 33,7 26,6 32,1 29,3 34,6 4,63 1 1 1

30,30 0 6527 1872 6143 127,5 47,3 120,9 28,2 37,9 33,1 33,7 26,6 32,0 29,3 34,6 4,61 1 1 1

30,30 90 6120 1872 6412 120,5 47,3 125,6 34,0 32,8 36,6 29,9 33,0 28,9 34,5 30,5 4,58 1 1 1

30,30 90 6110 1909 6485 120,3 47,9 126,8 34,4 33,4 38,1 29,0 32,8 27,5 35,1 30,0 5,11 0 1 1

30,30 90 6124 1889 6524 120,6 47,6 127,5 34,1 33,2 38,2 28,4 32,4 26,7 34,9 29,4 4,92 1 1 1

30,30 90 6132 1924 5740 120,7 48,2 114,0 34,2 34,0 27,7 39,4 36,9 42,2 32,9 38,5 9,01 0 1 1

30,30 90 6052 1915 5555 119,3 48,0 110,8 35,2 32,7 23,7 41,8 40,2 46,8 33,0 40,4 10,83 0 0 1

30,30 180 6191 1800 5801 121,7 46,0 115,0 32,7 32,4 26,0 38,0 35,2 40,5 31,3 37,0 7,09 0 1 1

30,30 180 6191 1806 5771 121,7 46,1 114,5 32,7 32,6 25,6 38,4 35,4 41,1 31,2 37,4 7,46 0 1 1

30,30 180 6182 1787 6420 121,6 45,8 125,7 32,7 32,1 35,2 29,3 31,8 28,4 33,2 29,9 3,23 1 1 1

30,30 180 7009 1802 6550 135,8 46,1 127,9 20,6 41,2 36,9 27,5 16,1 23,1 24,5 30,6 5,49 0 1 1

30,30 180 6189 1790 6556 121,7 45,9 128,0 32,6 32,2 36,8 27,4 31,1 25,8 33,5 28,5 3,82 1 1 1

30,30 270 6045 1793 6037 119,2 45,9 119,1 34,6 30,1 30,0 34,8 36,6 36,7 33,7 33,8 5,36 0 1 1

30,30 270 6050 1781 6043 119,3 45,7 119,2 34,5 30,0 29,9 34,6 36,4 36,5 33,6 33,7 5,15 0 1 1

30,30 270 6030 1785 6032 119,0 45,8 119,0 34,8 29,7 29,8 34,8 36,9 36,9 33,8 33,8 5,38 0 1 1

30,30 270 5604 1793 4908 111,6 45,9 99,6 40,5 21,6 - 48,9 - - - - - 0 0 0

30,30 270 6042 1795 6344 119,2 45,9 124,4 34,7 30,1 34,4 30,5 34,8 30,6 34,6 30,4 4,65 1 1 1

PosiciónPrecisión

XY YZ ZX

Posición del

VehículoDistancias (us)

Distancias(cm) +

Radio AGV

Intersecciones