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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA INTERCULTURAL DE SINALOA
UAIS
Ciencias de Ingeniería y Tecnología
Tema:
Diseño y aplicación de un sistema de control mecánico de un vehículo submarino
para la búsqueda y rescate de cuerpos en aguas profundas.
Ingeniería en Sistemas Computacionales
Presenta:
M. en C. Hugo Román Reyes
Ing. Jesús Guadalupe Román Heredia
Mochicahui, El Fuerte, Sinaloa. Marzo 2019
Índice General.
Índice General........................................................................................................................................... iii
CAPITULO I. Resumen. ........................................................................................................................... 5
1.1. Antecedentes. ................................................................................................................................ 5
1.2. Definición del problema. ............................................................................................................... 8
1.3. Objetivos. ........................................................................................................................................ 9
1.3.1. Objetivo general. ..................................................................................................................... 9
1.3.2. Objetivos específicos. ............................................................................................................ 9
1.4. Justificación. ................................................................................................................................. 10
1.5. Delimitaciones. ............................................................................................................................. 11
1.6. Limitaciones. ................................................................................................................................. 11
CAPITULO II. Marco teórico. ................................................................................................................. 12
2.1. Los robots submarinos. ............................................................................................................... 12
2.2. Clasificación de los UUV............................................................................................................. 13
2.2.1. Robots submarinos clasificados por autonomía. .............................................................. 13
2.3. Robots clasificados por el tipo de misión a realizar. ............................................................... 14
2.3.1. Robots clasificados por el tipo de propulsión. .................................................................. 14
2.4. Breve historia de los ROVs. ....................................................................................................... 14
2.5. Control de robots submarinos. ................................................................................................... 15
2.5.1. Sistemas de control. ............................................................................................................. 15
2.5.2. Sistema de control por misión............................................................................................. 17
2.6. Estado del arte de vehículos y robots acuáticos. .................................................................... 20
2.7. Arduino y sus características. .................................................................................................... 22
2.7.1. Características de Arduino UNO. ....................................................................................... 23
2.7.2. Software de Arduino. ............................................................................................................ 27
2.7.3. Interfaz de Arduino UNO. .................................................................................................... 28
2.8. Aspectos incidentes en la construcción de robots. ................................................................. 32
2.8.1 Propulsores. ........................................................................................................................... 32
2.8.2. Tipos de comunicación subacuática. ................................................................................. 33
CAPITULO III.- Método........................................................................................................................... 34
3.1. Sujetos. ......................................................................................................................................... 34
3.2. Procedimiento. ............................................................................................................................. 35
3.2.1. Investigación bibliográfica. .................................................................................................. 36
3.2.2. Definición del alcance de la investigación. ........................................................................ 36
3.2.3. Diseño físico utilizando herramientas CAD. ...................................................................... 37
3.2.4. Diseño y programación de la lógica de control. ................................................................ 37
3.2.5. Desempeño de funcionamiento. ......................................................................................... 37
3.2.6. Validación del prototipo final. .............................................................................................. 38
3.2.7. Documentación. .................................................................................................................... 38
3.3. Materiales. .................................................................................................................................... 38
CAPITULO IV. DESARROLLO Y RESULTADOS. ............................................................................. 40
4.1. Diseño y fabricación. ................................................................................................................... 40
4.1.1 Diseño utilizando software Solidworks. .............................................................................. 40
4.1.2. Impresión en 3D. .................................................................................................................. 45
4.1.3 Construcción. ......................................................................................................................... 50
4.1.5. Prototipo final. ....................................................................................................................... 57
4.2. Control y sistema de potencia. ................................................................................................... 61
4.2.1. Componentes. ....................................................................................................................... 61
4.2.2. Programación y control de giro de motores. ..................................................................... 65
4.2.3 Conexión de relevadores para el cambio de giro. ............................................................. 69
4.3. Diagrama general de conexión. ................................................................................................. 70
4.4. Sistema de iluminación y visualización. .................................................................................... 72
4.4.1 Sistema de iluminación. ........................................................................................................ 72
4.4.2. Sistema de visualización. .................................................................................................... 73
4.5. Ambientes de trabajo. ................................................................................................................. 75
4.5.1. Acondicionamiento del ambiente de trabajo. .................................................................... 77
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 79
Referencias. ............................................................................................................................................. 80
CAPITULO I. Resumen.
1.1. Antecedentes.
En el estado de Sinaloa, once ríos distribuidos a lo largo del territorio son los que
permiten ubicarse entre los estados más importantes para la agricultura en México,
los cuales son contenidos en presas que permiten una adecuada administración de
agua comunicando a canales de riego para la realización de actividades económicas
características del estado como la agricultura y ganadería. En estos ríos y canales
ubicados a lo largo del estado de Sinaloa, a menudo ocurren accidentes donde por
descuidos humanos llegan a perder la vida al caer dentro de ellos. Existen múltiples
problemas respecto a búsqueda y exploración de objetos perdidos dentro de estos
ríos, canales, lagunas ya que los factores ambientales no permiten el acceso seguro
en bastantes ocasiones, presentándose aguas caudalosas o circunstancias nocivas
para el hombre.
Al ocurrir accidentes donde personas pierden la vida dentro de los canales debido
a un nivel de agua muy elevado el cuerpo del accidentado a consecuencia de la
corriente tiende a hundirse. El peso, alimentos ingeridos, estatura y condiciones
médicas del individuo se utilizan para calcular el tiempo aproximado que se pudiese
tomar un cuerpo en salir a flote tardándose solamente unas horas o incluso días
dependiendo de la situación en el que el sujeto se encontraba al momento de caer
al agua.
El primer programa de capacitación para paramédicos del SUEM (Subdirección de
Urgencias del Estado de México) fue diseñado por el Dr. Jesús Hernández,
originario de Mérida Yucatán, el cual contaba con 12 meses con módulos de
entrenamiento enfocados al buceo profesional, donde se manejan actividades de
buceo deportivo y técnicas de salvamento, buceo en aguas de movimiento y mares,
buceo en aguas confinadas rescate y recuperación de cuerpos [33]. Para
disminuir el tiempo de búsqueda es necesaria la participación de protección civil y
buzos calificados que realicen actividades de búsqueda y rescate hacia el
desaparecido. El equipo de buceo tiene que estar bajo continuas actividades de
mantenimiento para que funcione correctamente, sin embargo, esto no garantiza
que el cuerpo en búsqueda sea encontrado de manera rápida. Cualquier otra
actividad de rescate necesitaría un gran número de involucrados poniendo en riesgo
la integridad de las personas y elevando el costo de búsqueda.
Es importante la utilización de equipos tecnológicos para encontrar rápidamente
cuerpos sin vida atrapados dentro del agua.
En México, Según estimaciones de la Organización Mundial de la Salud, en 2004,
las muertes por ahogamiento a nivel internacional representaban el 7% de las
defunciones relacionadas con traumatismos no intencionales. Dicha cifra es
congruente con la situación que se observó en México durante el periodo 1998-2010
ya que, de 475,923 muertes por accidente, se registraron 33,408 defunciones por
ahogamiento. Esta proporción se incrementó al doble cuando se analizó únicamente
el grupo de los menores de 15 años, cuyo volumen de muertes accidentales durante
ese mismo periodo fue de 65,236. De este total, 9,190 casos correspondieron al
ahogamiento por sumersión como causa, es decir, 14.1% de esas defunciones.
Puesto de otra manera: más de la cuarta parte de las muertes por ahogamiento en
el país (27.5%) ocurren en personas que no han cumplido los 15 años de edad
(Figura 1).
Figura 1. Peso relativo del ahogamiento por sumersión accidental en menores de
15 años.
No obstante, esta descripción, es importante señalar que el análisis de las
tendencias en el comportamiento de las cifras nacionales registradas durante los
últimos años de ese periodo donde se muestra una clara tendencia de disminución
de la mortalidad. El número de muertes en 2010 (567) representó solo el 61% de
las ocurridas en 1998 (923), es decir, se observa una disminución de casi 39%. En
este lapso, la tasa de mortalidad ha descendido de 2.71 a 1.86 defunciones por
cada cien mil habitantes menores de 15 años. De las defunciones especificadas, el
mayor número de muertes ocurrieron mientras los menores se encontraban dentro
de aguas naturales (acequias, estanques, ríos, lagunas o, en ocasiones,
inundaciones y otros sucesos) [34].
Los casos más frecuentes de accidentes por ahogamientos registrados en Sinaloa
son menores que se acercan a los cuerpos de agua a manera de juego, al
presentarse una acción mal calculada caen al agua ahogándose, de igual manera
personas en estado de ebriedad que conducen a altas velocidades
irresponsablemente. En cada uno de los casos el tiempo que se ha invertido para la
búsqueda delas personas accidentadas ha sido muy largo, sintiendo un ambiente
de impotencia, tristeza y desesperación por parte de familiares al no encontrar el
cuerpo perdido.
El centro de investigación y estudios avanzados (Cinvestav) presenta una parte de
sus trabajos en la exposición Drones submarinos y exoesqueletos. Unión franco-
mexicana en el Cinvestav, muestra los sistemas de navegación aérea y submarina
desarrollados por estudiantes mexicanos. En los cuales se exponen mini
submarinos capaces de realizar múltiples tareas en diversos ambientes acuáticos
capaces de alcanzar hasta 100 metros de profundidad con una gran cantidad de
sensores capaces de seguir líneas de inspección [35]. El campo de la investigación
submarina se ha vuelto dependiente de métodos más eficientes y seguros para
salvaguardar la integridad de un buzo. Esto, realizándolo a través del manejo de
vehículos no tripulados adquiriendo información útil para búsqueda [36].
En el territorio mexicano como en todo el mundo es normal que los accidentes
ocurran y muchos de esos accidentes se dan lugar vía acuática, desde el extravío
de mercancía, contaminación y accidentes de carácter humano donde debido a la
inmensidad del agua no es posible encontrar ningún objeto antes mencionado.
1.2. Definición del problema.
Como problemática, en la región de la zona centro del Estado de Sinaloa existen
áreas de riesgos (Canales de Riego y ríos) en las que se han registrado múltiples
sucesos de accidentes de personas que caen al agua presentando pérdidas
humanas, que, en muchas ocasiones, por el ambiente natural donde ocurrió el
problema se alarga el tiempo de búsqueda al no localizar el cuerpo perdido. Para la
búsqueda y rescate de las personas extraviadas en las profundidades de estas
aguas, la sociedad solicita el apoyo de Protección Civil, y con la ayuda de los
bomberos se realiza de manera presencial la búsqueda de los cuerpos sumergidos
en el fondo de los canales o ríos, poniendo en riego sus propias vidas.
1.3. Objetivos.
Como apoyo a esta problemática, es importante destacar que la tecnología puede
ayudar a mejorar estos tipos de sucesos que se plantean en el punto anterior. La
tecnología que puede ser creada por ingenieros computacionales y de
programación, e investigadores interesados en ayudar a la sociedad en general.
1.3.1. Objetivo general.
Diseñar e implementar un prototipo de búsqueda y rescate como submarino en
aguas profundas, usando como interfaz la comunicación serial controlado por
ATMEGA328, integrando el uso de una cámara sumergible para la búsqueda y de
faros ojo de ángel para visualizar con mayor claridad los cuerpos sumergidos.
1.3.2. Objetivos específicos.
1. Investigar los sucesos ocurridos y las áreas de riesgo (canales y ríos) en la
región Zona Centro de Sinaloa.
2. Analizar y conceptualizar los sistemas de control enfocados al diseño de un
submarino, así como su forma mecánica de funcionamiento.
3. Estudiar la arquitectura de la tarjeta Arduino, y su forma de codificación; así
como sus características y ventajas.
Analizar el equipamiento necesario para la mejor operación del
prototipo como actuadores, obtención de imágenes e iluminación.
Definir el comportamiento de movimiento que tendrá el prototipo.
Diseño mecánico tomando en cuenta lo anterior estudiado.
Definir una profundidad específica para el correcto funcionamiento del
robot.
Optimizar el consumo de energía en el prototipo.
4. Como resultados serán, describir los procesos antes mencionados y el
diseño arquitectónico del prototipo.
1.4. Justificación.
El desarrollo del proyecto beneficiará al departamento de Protección Civil y al
cuerpo de bomberos, lo que se estima, que será de mucha importancia para estas
organizaciones para encontrar objetos sumergidos con una mayor eficiencia y en el
menor tiempo posible, así mismo, a la sociedad, ya que con esta tecnología será
más fácil y rápido encontrar cuerpos de personas perdidas en aguas profundas,
también, servirá de apoyo para aquellas organizaciones del medio ambiente,
encontrando sustancias en contenedores que atenten contra flora y fauna de un
entorno. Se pretende minimizar los tiempos de búsqueda y rescate de objetos
perdidos en las profundidades ayudando así a la sociedad.
Muchas de las familias que han vivido accidentes de personas ahogadas dentro de
los canales de riegos, afectadas por la situación que están viviendo, son expuestos
por una gran carga física y mental, sienten impotencia, sufrimiento y dolor al pasar
tanto tiempo sin tener resultados positivos dentro de la situación, desgastándose en
gran medida al no encontrar los cuerpos perdidos. De esta manera se estaría
mitigando dentro de lo posible el dolor en la sociedad.
Si el proyecto no se desarrollara, a nivel social se percibiría un ambiente de
sufrimiento al no encontrar los cuerpos sumergidos, a su vez, cabe mencionar que
existen objetos con sustancias químicas que pueden estar sumergidos y al no ser
encontrados a tiempo pueden ocasionar problemas en el ambiente. Además, con
esta tecnología, se estaría salvaguardando la integridad de las personas al enviar
un equipo robótico a áreas riesgosas.
1.5. Delimitaciones.
El proyecto se enfoca a un prototipo funcional de inmersión y emersión que se
desplace dentro de cuerpos de agua con cierta profundidad, abarca desde la lógica
de control de los actuadores hasta la visibilidad en tiempo real de los objetos que
se encuentran en las profundidades; esta propuesta de diseño no se complementa
con las técnicas o herramientas de rescate hacia la superficie del objeto encontrado.
1.6. Limitaciones.
La implementación de equipos más robustos, debido a que el equipo acuático es
caro, incapacidad de manejar materiales resistentes en el agua por falta de tiempo
y de equipo de manufactura.
CAPITULO II. Marco teórico.
2.1. Los robots submarinos.
Los robots submarinos son dispositivos submarinos controlados por un operador
desde la superficie por medio de un cable de comunicación o de manera
inalámbrica, que comúnmente son utilizados para obtener información de un
espacio acuático de manera sencilla y segura. Existen diferentes tipos de robots
submarinos UUV (Unmaned Underwater Vehicle) y se pueden dividir en tres
grandes tipos.
Figura 2. Clasificación de los robots submarinos [4].
Los robots submarinos se clasifican en 3 grandes grupos los cuales son autonomía,
tipo de misión y propulsión.
2.2. Clasificación de los UUV.
2.2.1. Robots submarinos clasificados por autonomía.
Existen robots completamente autónomos y otros más que es necesario que sean
controlados por operadores, estos son los AUVs (Autonomous Underwater
Vehicles) y los ROVs (Remotely Operated Vehicle), respectivamente. Por otro lado,
están los IAUVs (Intervention Autonomous Underwater Vehicles) que se pueden
considerar con un nivel de autonomía intermedio.
2.2.1.1. Robots submarinos operados remotamente ROVs.
Estos vehículos están conectados a la superficie mediante un cordón umbilical
(conjunto de cables unidos), que permite el intercambio de datos y la alimentación
de energía del robot. A través de sistema de visualización, el usuario define las
acciones que el robot deberá ejecutar al mismo tiempo que recibe información del
medio donde se está desplazando como lo son datos provenientes de sensores,
cámaras, estado del vehículo, etc.
2.2.1.2. Robots submarinos autónomos AUVs.
Poseen una arquitectura de control que les permiten realizar misiones sin la
supervisión de un operador. Además, contienen su propia fuente de energía basada
generalmente en baterías recargables. Por lo general no hay comunicación entre el
vehículo y la superficie ya que el operador programa previamente las actividades y
misiones a realizar. No obstante, cuando se requiere un intercambio de información
suele realizarse a través de dispositivos acústicos.
2.2.1.3. Robots submarinos autónomos para intervenciones IAUVs.
Los AUVs han sido diseñados para realizar misiones de observación, sin embargo,
recientemente se ha generado un interés en que estos puedan realizar tareas de
manipulación. Esta es la idea detrás de los submarinos autónomos para
intervención reduciendo los recursos económicos dedicados para cada actividad en
caso de los ROVs, superándolos en maniobrabilidad ya que los IAUVs no estarían
limitados por el cordón umbilical [4].
2.3. Robots clasificados por el tipo de misión a realizar.
Las misiones pueden ser de inspección o de manipulación. La principal diferencia
entre un robot diseñado para realizar intervenciones y otro que solo realiza
inspecciones, es que el primero debe poseer herramientas o un brazo robótico. La
misión para la que está diseñado un robot submarino definirá el tipo de sensores,
actuadores, estructura que deberá poseer.
2.3.1. Robots clasificados por el tipo de propulsión.
El sistema de propulsión de un robot submarino define completamente los tipos de
movimiento y maniobra que éste puede realizar. Los sistemas de propulsión también
tienen implicaciones en el consumo de energía, el hardware del robot, y el efecto
que el robot genera en el ambiente marino. Los principales sistemas de propulsión
son: los Impulsores de Hélice, los Planeadores Acuáticos (basados en Sistemas de
Lastre y Aletas), y los Bioinspirados. En fase experimental o cuya tecnología no se
ha madurado completamente están los basados en Inyección de Agua y los
Magneto hidrodinámicos. Otro sistema de propulsión es la Tracción. Esta puede ser
con el fondo marino o con otras superficies como lo puede ser el casco de una
embarcación [4].
2.4. Breve historia de los ROVs.
Determinar quien fue exactamente la primera persona que diseñó un ROV es un
concepto un tanto difuso. Aun así, existen dos que se merecen este reconocimiento.
PUV (Vehículo subacuático programado) fue un torpedo desarrollado por Luppis-
Whitehead Automobile en Austria en 1864, todo y eso el primer ROV, bautizado
como POODLE, fue desarrollado por Dimitri Rebikoff en 1953. La marina de los
Estados Unidos tiene acreditado el avance de la tecnología hasta un estado
operacional en sus misiones para desarrollar robots para recuperar artillería
submarina perdida durante pruebas marítimas.
Los ROV ganaron en fama cuando los sistemas CURV de la marina de los Estados
Unidos (Vehículo de recuperación submarina controlado por cable) recuperaron una
bomba atómica perdida en un accidente aéreo en 1966, y después salvó a los
pilotos de un sumergible perdido Cork, Irlanda, Pises en 1973, quedándoles solo
unos minutos de aire disponible.
El siguiente paso en avanzar la tecnología fue hecho por firmas comerciales que
vieron el futuro en el soporte ROV para las operaciones de extracción de petróleo.
Dos de los primeros ROVs desarrollados para trabajo extracción de petróleo fueron
el RCV-225 y el RCV-150 desarrollados por Hydro Products en los Estados Unidos.
Muchas otras firmas desarrollaron una línea similar de pequeños vehículos de
inspección. Hoy en día, así como las exploraciones de petróleo migran hacia aguas
cada vez más profundas, los ROVs resultan ser una parte esencial de las
operaciones y han resultado ser no sólo capaces sino fiables.
Con ROVs trabajando a 10000 pies de profundidad como soporte para la extracción
de petróleo y otras tareas, la tecnología ha alcanzado un nivel de coste efectividad
que permite a organizaciones desde departamentos de policía hasta instituciones
académicas operar vehículos que abarcan desde pequeños sistemas de inspección
hasta sistemas de búsqueda en océano profundo [5].
2.5. Control de robots submarinos.
2.5.1. Sistemas de control.
Un sistema de control es un conjunto de elementos que permiten influir en el
funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir
mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables
de salida, de modo que estos valores alcancen unos valores deseados.
Términos básicos utilizados en sistemas de control:
Variable controlada. - Es la cantidad o condición que se mide y controla.
Variable manipulada. - Es la cantidad o condición que el controlador modifica
para afectar el valor de la variable manipulada.
Planta. - Cualquier objeto físico que se desea controlar (tal como un
dispositivo mecánico, horno de calefacción, reactor químico, etc.)
Sistema. - Un sistema es una combinación de componentes que actúan
juntos y realizan un objetivo determinado.
Perturbaciones. - Es una señal que tiende a afectar negativamente el valor
de la salida del sistema.
Control realimentado. - Se refiere a una operación que tiende a reducir la
diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia.
Un sistema de control ideal debe de ser capaz de garantizar estabilidad y ser
robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos. Debe de ser eficiente
dentro de lo posible, según un criterio establecido. Ser de fácilmente
implementación, y cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador.
El control automático ha desempeñado una función vital en el avance de la
ingeniería y ciencia, se ha vuelto una parte importante en los procesos modernos
industriales y de manufactura. Los avances de la teoría de control y la práctica de
control automático aportan los medios para obtener un desempeño óptimo de los
sistemas dinámicos, mejorar la productividad, aligerar la carga de muchas
operaciones manuales, repetitivas y rutinarias [22].
1. Control clásico. Son controladores de lazo cerrado que realimenta las
señales medidas por los sensores del robot. Los controladores PID se
expresan mediante la ecuación.
donde ῆ = ηd −η es el error entre la posición real y la deseada, kp es la matriz
de ganancias proporcionales, Kd ganancias derivativas y Ki es la matriz de
ganancias integrales.
2. Control no lineal. La ventaja de estos tipos de controlador es que trabajan
directamente con los términos no lineales, es altamente robusto a modelos
imprecisos y a la presencia de perturbaciones. Diversos autores han
propuesto controladores adaptables, ya que pueden ser una solución al
problema de determinar los problemas hidrodinámicos del robot.
En [19] se presentan dos controladores para compensar las incertidumbres
de un modelo submarino operado remotamente ROV, esto es un controlador
adaptable basado en pasividad, y un controlador hibrido. En [20] se presentó
un control adaptable para un robot que opera en aguas poco profundas.
3. Control inteligente. En [21] se presentaron controladores basados en redes
neuronales para robots submarinos. La red neuronal está compuesta por
múltiples capas de neuronas, la capa de entrada recibe la posición y
velocidad deseada, posición y velocidad actual, y señales provenientes de
algoritmos de aprendizaje. La salida de la red neuronal es la que controla el
vehículo.
2.5.2. Sistema de control por misión.
En esta sección se tomarán en cuenta algunas leyes de control para robots
submarinos. Se presenta el concepto de sistema de control de la misión (MCS por
Mission Control System) [18], como un conjunto de programas responsables para
que se lleve a cabo la misión deseada de manera adecuada. Un MCS está equipado
usualmente con una interfaz gráfica que permite al operador comandar diferentes
acciones para poder realizar las tareas específicas. El MCS contiene elementos de
guiado, control y navegación las cuales interactúan para el éxito de las misiones y
su manejo depende del estado del vehículo y condiciones ambientales, por lo tanto,
el MCS puede priorizar y modificar tareas.
El MCS está compuesto por los siguientes sistemas [4]:
Sistema guiado. Se genera las trayectorias que se desea que el robot siga durante
una misión. La posición, velocidad y aceleración es enviada al sistema de control
que tratara de alcanzar las referencias deseadas. El sistema guiado tiene como
entrada los puntos guía definidos por el usuario e información proveniente de
sensores o sistemas de navegación. Puede recibir información del entorno físico
como la topografía marina y datos provenientes de sonares para la detección de
obstáculos.
Algunos de los vehículos submarinos autónomos AUVs cuentan con módulos de
planificación dinámica que les permite replanificar puntos guía no registrados
previamente para el desarrollo de la misión.
Sistema de control. El sistema de control es el encargado del cálculo de las fuerzas
necesarias que debe generar el sistema de propulsión para alcanzar las referencias
deseadas. El sistema de control recibe información de posición, velocidad y
aceleración deseada regulando los movimientos de robot con ayuda del estado
actual de las mediciones proporcionadas por los sensores del robot.
Sistema de navegación. El sistema de navegación recibe la información de los
sensores de posición, velocidad y aceleración del robot submarino. Mediante un
observador u otros algoritmos se procesa la información, enviándolo al sistema de
guiado y al sistema de control.
2.5.3. Arquitecturas de control.
En [18] se hace una clasificación de arquitecturas de control en los que se considera
los aspectos de inteligencia artificial e interacción con el medio ambiente,
clasificándose como arquitecturas de control: Deliberativa, Reactiva e Hibrida.
De acuerdo a [18] se describen brevemente las arquitecturas.
1. Arquitectura deliberativa. Esta arquitectura divide el sistema de mayor a
menor responsabilidad. Los niveles más altos se encargan de la misión que
debe desempeñar el robot, y los niveles más bajos resuelven problemas
particulares. Esta arquitectura se basa en el planteamiento y modelado del
mundo permitiéndole hacer predicciones y razonamientos acerca del medio
ambiente.
2. Arquitectura Reactiva. La arquitectura reactiva o basada en el
comportamiento, usa una estructura paralela, donde todos los módulos del
sistema pueden comunicarse directamente entre ellos. El comportamiento
del robot está basado en secuencia de fases que reaccionan
continuamente a las situaciones detectadas. El comportamiento global se
logra gracias a la combinación de los elementos activos siguiendo el principio
de detección-reacción. Es posible que se presenten situaciones en la que el
robot se comporte de manera no previsible, para ello, se establece un
sistema arbitraje de prioridades, si se presenta algún conflicto, se resuelva la
situación y se resuelva la meta establecida.
3. Arquitectura hibrida. Es una arquitectura que combina a las arquitecturas
deliberativa y reactiva tomando las ventajas de cada una. El sistema se divide
por lo general en tres niveles: la capa deliberativa basada en la planificación;
la capa de ejecución de control y la capa funcional reactiva.
2.6. Estado del arte de vehículos y robots acuáticos.
La mayoría de los vehículos submarinos no tripulados entran en una de las
siguientes clasificaciones de vehículos submarinos dependiendo de la misión que
se debe realizar.
Misiones comerciales. - Estos vehículos son desarrollados por la industria para
desarrollar tareas submarinas como la exploración, inspección, búsqueda y
recuperación de objetos, reparación y mantenimiento. El sumergible remotamente
operado AC-ROV ac-cess-url [32] es utilizado para la exploración en mar abierto y
aguas poco profundas.
Figura 3. Sumergible operado remotamente AC-ROV.
Misiones de investigación oceanográfica. - Son vehículos desarrollados
regularmente por instituciones de investigación científica, como lo es el vehículo
sumergible Oberon Rosenblatt [29] fue construido como una plataforma de trabajo
para experimentar con la navegación autónoma submarina. Su aplicación principal
es la exploración de arrecifes de coral.
Figura 4. Oberon en el océano.
Misiones militares. - Vehículos destinados para operaciones de defensa,
reconocimiento, inserción y eliminación de minas, así como actividades de
mantenimiento, inspección, exploración, búsqueda y operaciones de recuperación.
El sumergible autónomo REMUS AUV fue diseñado para dirigir exploraciones de
costas, tiempo después fue desarrollado para uso militar. Actualmente REMUS
funciona como una herramienta submarina para localizar minas bajo el agua [30].
Figura 5. REMUS AUV.
Investigación de ingeniería. - Son prototipos de vehículos avanzados
desarrollados para la investigación y desarrollo de la ingeniería. El vehículo
submarino operado remotamente HROV OceanOne [31], tiene rasgos humanos,
cámaras en los ojos y sensores en las manos para llegar a lugares peligrosos para
los buzos El vehículo es una estructura elaborada con placas de polipropileno y seis
propulsores de hélice para el movimiento de navegación libre en cinco direcciones:
avance, profundidad, balanceo longitudinal, transversal y giro, y orugas motorizadas
de goma para su locomoción sobre la superficie sumergida. Un conjunto de
sensores hace posible medir los movimientos del vehículo en trayectorias
predefinidas. La locomoción del vehículo se lleva a cabo con motores alimentados
con electricidad suministrada mediante un cable umbilical desde una embarcación
que también sirve para el control y la comunicación. El HROV se utilizará como
plataforma experimental para realizar investigaciones en dinámica y control de este
tipo de vehículos en ambiente marino y para analizar los espesores de estructuras
submarinas.
Figura 6. Robot OceanOne.
2.7. Arduino y sus características.
Arduino es una herramienta física que sirve como interfaz para hacer que los
ordenadores puedan sentir y controlar el mundo físico a través de una computadora.
Es una plataforma de desarrollo de computación física (physical computing) de
código abierto, basada en una placa con un sencillo microcontrolador y un entorno
de desarrollo para crear software (programas) para la placa.
Arduino se puedes usar para crear objetos interactivos, tomando lecturas de datos
desde una gran variedad de interruptores y sensores, y controlar múltiples tipos de
luces, motores, sensores y otros actuadores físicos. Los proyectos con Arduino
pueden ser autónomos o sistemas que pueden comunicarse con un programa
(software) que se ejecute en el ordenador. La placa se puede montar manualmente
y de manera muy fácil, el software de desarrollo es abierto, el cual, lo podemos
descargar de manera gratuita desde la página principal de Arduino
(www.arduino.cc/en/).
2.7.1. Características de Arduino UNO.
Una placa Arduino está construida en base a un microcontrolador, denominado
AVR, del fabricante americano ATMEL, que es una versión muy reducida de un
microprocesador programable, y que contiene todos los elementos esenciales de
una computadora, exceptuando los dispositivos periféricos, como disco duro, tarjeta
de video, teclado, etc.
Figura 7. Microcontroladores ATMEL [23]
El microcontrolador es el elemento más importante de la placa Arduino,
proporcionándole la capacidad de ser altamente versátil, de forma similar al que
otorga un procesador a una computadora.
Entre las partes más importantes del microcontrolador de arduino UNO se tiene:
Arduino UNO posee un procesador programable que contiene una unidad
lógica aritmética (ALU) y los registros necesarios para la ejecución de
operaciones, que soporta un conjunto de instrucciones reducido, optimizado
y de alto rendimiento.
Memoria flash no volátil para almacenar los programas del usuario.
Memoria RAM para los datos del usuario.
Memoria ROM para datos persistentes.
Puertos de entradas/salidas digitales.
Puertos de entrada analógicos.
Salida y entrada analógica PWM.
Temporizadores internos.
Comunicación serial.
Estado de bajo consumo.
Voltaje de operación 5V. Voltaje de entrada recomendado 7-12V.
Dimensiones largo 68.8 mm, ancho 53.4 mm y peso 25g.
El microcontrolador ejecuta las operaciones de sincronismo con una señal binaria
de reloj, a la velocidad de 8 a 32 MHz, dependiendo del modelo que le provee el
cristal Cuarzo.
Las placas Arduino cuentan con un puerto USB para la transmisión serial de datos
de forma bidireccional. Permite la conexión de la placa a la computadora para la
transferencia del programa compilado. Cuenta con terminales de energía de 5V, lo
que permite una alimentación del circuito al conectar su puerto USB.
Arduino dispone de un conjunto de terminales digitales de entrada/salida para la
conexión de cualquier dispositivo externo compatible como: sensores, motores,
pantallas, teclados, etc. Las terminales se numeran a partir del 0 y cada una es
configurable mediante software.
Algunas terminales digitales tienen una marca PWM (Modulación por ancho de
pulso), la cual es una técnica que consiste en controlar el ancho del pulso de una
señal digital de alta frecuencia, para obtener un valor promedio equivalente
proporcional a la relación de los tiempos de duración del pulso alto entre la duración
del pulso bajo, para cada ciclo de la señal digital.
En la figura 3 se puede observar la modulación de ancho de pulso, donde hay un
pulso en alto en un tiempo determinado y otro pulso en bajo en un tiempo
determinado. Se maneja un concepto llamado ciclo de trabajo, el cual relaciona el
tiempo en que una señal se encuentra activa y el periodo de la misma. Cuando el
porcentaje del llamado ciclo de trabajo está al 90% de 5V de voltaje promedio, la
modulación de ancho de pulso nos entrega un valor de 4.5V. Con un ciclo de trabajo
del 50% podemos obtener 2.5V de salida, y con 10% de ciclo de trabajo 0.5V de
salida.
Figura 8. Ciclo de trabajo [23]
El ancho de pulso puede ser regulado mediante instrucciones de software con una
alta precisión, lo cual equivale a un conversor de señal digital a analógica.
Arduino dispone de un convertidor analógico-digital que convierte las señales
analógicas en valores binarios equivalentes, para poder procesarlos, transmitirlos o
almacenarlos en forma digital, de forma similar a lo que se realiza con un archivo
digital de audio o video, como MP3 o MP4. El Conversor analógico-digital
incorporado en la placa Arduino tiene una resolución de 10 bits, lo que determina la
subdivisión del rango de voltajes de 0 a 5 V en un conjunto de 2^10 = 1024 valores
pudiendo discriminarse niveles de voltaje que se diferencian en 5/1024=0,0049 V,
que lo hace conveniente y propicio para una variedad de aplicaciones.
2.7.1.1. Funcionamiento de Arduino UNO.
Arduino funciona mediante la programación de microcontroladores los cuales son
circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones mediante
programación por software y son escritos con el lenguaje de programación utilizando
el entorno Arduino IDE. Estas instrucciones permiten crear programas que
interactúan con los circuitos de la placa.
El microcontrolador de Arduino posee una interfaz de entrada, que es una conexión
donde se puede conectar en la placa diferentes tipos de periféricos, una vez
conectados, la información de estos periféricos se trasladara al microcontrolador
procesando datos. Algunos de ellos pueden ser cámaras, teclados o una gran
variedad de sensores.
Arduino cuenta con una interfaz de salida que es la que se encarga de llevar la
información que se ha procesado en el Arduino a otros periféricos. Estos pueden
ser pantallas o altavoces en los que se reproducen los datos procesados.
Arduino cuenta con una gran variedad de placas controladoras, las hay de varias
formas, tamaños y colores dependiendo de las necesidades del proyecto.
Figura 9. Algunos modelos de Arduino.
Además, las placas Arduino cuentan con otros tipos de componentes llamados
escudos (Shields) que son una especie de placa que se conectan a la placa principal
para añadir una gran variedad de funciones extras, como GPS, conectividad por
radio, pantallas táctiles, placas de desarrollo, etcétera [24].
2.7.2. Software de Arduino.
Arduino tiene su propia aplicación de programación para Windows, Mac, Linux,
escrito en el lenguaje de programación de Java y la principal función del software
es escribir y subir programas dedicados a realizar alguna acción específica que se
subirá posteriormente a la placa Arduino.
El entorno de desarrollo integrado de Arduino (IDE) soporta el lenguaje C y C++
usando reglas estructurales de escritura de código especiales [25]. El código escrito
por el usuario solo requiere dos funciones básicas, para iniciar el boceto y el bucle
del programa principal, que se compilan y vinculan con un apéndice del programa
main() en donde se describen todas las variables y constantes que el programa
tomara en cuenta para el desarrollo del programa.
Posteriormente en un apartado del programa se encuentra loop() en donde se
describen las acciones que el programa necesita realizar de manera de lenguaje de
programación
El IDE de Arduino convierte el código ejecutable en un archivo de texto en
codificación hexadecimal que posteriormente se carga a la placa Arduino para su
ejecución [26].
2.7.3. Interfaz de Arduino UNO.
El entorno de desarrollo integrado IDE (Integrated Development Enviroment), es un
programa informático compuesto por un conjunto de herramientas de programación
y ha sido empaquetado como un programa de aplicación; es decir, que consiste en
un editor de código, un compilador, un depurador y un constructor de interfaz gráfica
(GUI). Arduino incorpora las herramientas para cargar el programa ya compilado en
la memoria flash del hardware [27].
2.7.3.1. Editor de Arduino.
El entorno de desarrollo integrado IDE, consta de un editor de texto para la escritura
de código, una consola de texto, una barra de herramientas para funciones comunes
y una serie de menús. Se conecta al hardware de Arduino para subir programas y
comunicarse con el mismo. Los programas escritos en Arduino son llamados
sketches (bocetos). Estos bocetos son desarrollados en el editor de textos y son
guardados con la extensión .ino. El editor tiene características para cortar, pegar,
buscar, reemplazar texto. El área de mensajes proporciona comentarios al guardar
y exportar; también muestra errores de escritura en código y errores de conexión
entre la interfaz y la tableta Arduino [28].
Figura 10. Editor de Arduino.
Es importante conocer cada uno de los menús y opciones que tiene la interfaz, pero
los más importantes son los siguientes:
Botones de verificar y subir: Este botón realiza una acción de compilación del
código escrito, verificando que cumpla con las reglas de escritura del
lenguaje de programación, una vez se haya cumplido esta acción sin errores,
procede a enviar los datos a la placa de Arduino.
Botón monitor serie: Este botón indica gráficamente datos que el Arduino
capta en su entorno, para ello es necesario un programa incluyendo esta
función y señales analógicas conectadas a la placa Arduino.
Consola de error: Esta consola está ubicada en la parte inferior de la interfaz,
se encarga de informar de los errores que se encuentren en la compilación
del software y errores de comunicación entre la tableta y la interfaz gráfica.
Menú herramientas placa y puerto: En esta opción se especifican que placa
Arduino se está utilizara para la programación, además, la selección del
puerto USB de comunicación para la salida de datos.
Menú de pestañas: En este menú es posible la visualización de los distintos
proyectos abiertos en una sola ventana de visualización.
Puerto y placa seleccionada: Indica que placa de Arduino se está utilizando
y que puerto de comunicación al que está conectado.
2.7.3.2. Monitor Serie.
El monitor serie es una de las partes más importantes del IDE de Arduino porque
es nuestra ventana para la comunicación entre Arduino y el ordenador utilizando los
puertos USB.
El monitor serie muestra los datos enviados por el Arduino, de igual manera es
posible mandar datos hacia Arduino.
Figura 11. Monitor serie de Arduino.
Los datos mostrados en el monitor serie depende específicamente de la lógica de
programación que se carga a la tableta Arduino.
2.7.3.3. Librerías de Arduino.
Las librerías de Arduino es una colección de programas que facilita la ejecución de
una serie de funciones relacionadas entre sí. Como, por ejemplo, las funciones que
facilitan la escritura en una pantalla LCD, o las que nos permiten calcular la posición
de un sistema de navegación por GPS.
Las librerías de software funcionan de la misma manera que una biblioteca
tradicional: pides información sobre un tema concreto y después la utilizas dentro
de tu proyecto según te convenga o la necesites.
En el mundo de Arduino, una librería es una colección de funciones que incluyes de
una manera muy sencilla y explícita en tu sketch y que proporciona una cierta
funcionalidad específica. Por ejemplo, hay una librería de cristal líquido que, cuando
está incluida en tu sketch, te dará la capacidad de usar fácilmente una pantalla LCD.
Una misma librería puede usarse en varios proyectos diferentes.
Para usar una librería existente en un sketch, solamente se tiene que ir al menú del
sketch y seleccionar en el menú “programa”, “Incluir librería”, al hacer eso se
desplegaran una lista de librerías disponibles para tu boceto y se selecciona la que
sea conveniente.
Otra manera de incluir librerías en Arduino es escribir en la parte superior del editor
de código las palabras “#include < >” y el nombre de la librería que desean incluir
en el programa. Es necesario conocer previamente el nombre de la librería a utilizar.
Arduino permite la instalación de librerías que la comunidad desarrolla con el paso
del tiempo. Para instalar una librería se tiene que seleccionar en el menú la pestaña
de “Programa” > “Incluir librería” y “Gestionar librerías”; de esta manera se puede
usar el buscador de Arduino para instalar la librería que se necesite.
Figura 12. Gestor de librerías de Arduino.
2.8. Aspectos incidentes en la construcción de robots.
Los siguientes elementos son considerados partes fundamentales para la
construcción de un robot acuático:
2.8.1 Propulsores.
La hélice es un dispositivo constituido por un número variable de aspas o palas (2,
3, 4...) que al girar alrededor de un eje producen una fuerza propulsora. Cada pala
está formada por un conjunto de perfiles hidrodinámicos que van cambiando
progresivamente su ángulo de incidencia desde la raíz hasta el extremo (mayor en
la raíz, menor en el extremo).
La hélice está acoplada directamente o a través de engranajes o poleas (reductores)
al eje de salida de un motor (de pistón o turbina), el cual proporciona el movimiento
de rotación.
2.8.2. Tipos de comunicación subacuática.
Los sistemas actuales de comunicación subacuática utilizan esencialmente tres
métodos de transmisión de información. Estos métodos se basan en ondas sonoras,
en ondas electromagnéticas (EM) y las señales ópticas. Cada una de estas técnicas
tiene ventajas y desventajas, principalmente debido a las limitaciones físicas.
Las señales se propagan a través del agua gracias a las propiedades fisicoquímicas
del agua y las propiedades físicas de la luz. Los factores fisicoquímicos que influyen
en las propiedades de la luz son la transparencia, es decir, la cantidad de luz
transmitida en el agua de mar, la absorción, la cantidad de radiación que se retiene
y la turbidez, lo que reduce la claridad del agua por la presencia de materia en
suspensión.
En cuanto a las propiedades físicas de la luz, distinguimos la reflexión, refracción y
extinción, que mide el grado de la luz que puede penetrar en el medio marino.
Además, los dos factores más importantes en el mar son la temperatura y la
salinidad, que determinan la densidad del agua. En el océano, la densidad tiende a
aumentar con la profundidad, por lo que las capas superiores del agua siempre
tienen una densidad más alta. Todos estos factores son muy importantes para
conocer la forma de difundir la luz y el sonido en el océano.
CAPITULO III.- Método
En este capítulo se describe la metodología describiendo las acciones que se deben
realizar, así como las herramientas que se utilizan para el desarrollo de esta tesis.
3.1. Sujetos.
Maestros en el área de ingeniería en sistemas computacionales con
conocimientos en control y desarrollo de prototipos controlados de manera
alámbrica.
Estudiantes de pregrado realizando investigaciones en el área de robótica,
control mecánico y diseño asistido por computadora.
Plantel de la Universidad Autónoma Intercultural de Sinaloa, apoyando con
el laboratorio de Diseño Asistido por Computadora e impresión en 3D.
Sujetos hombres y mujeres de 1 a 60 años de edad expuestos en algún
momento a un accidente vehicular o ahogamiento dentro de canales de riego.
Comunidad científica de profesionales en el área de mecatrónica, mecánica,
eléctrica y software.
3.2. Procedimiento.
Figura 13. Diagrama de Bloques de funcionamiento
3.2.1. Investigación bibliográfica.
En este apartado se investiga los problemas que sufre la sociedad a raíz de
accidentes presentados por ahogamiento e inmersión en canales de riego y ríos en
Sinaloa. Más específicamente en las personas ahogadas cuyos cuerpos tardan
demasiado tiempo en encontrarse dentro de aguas profundas. A su vez se toma en
cuenta las organizaciones y autoridades que apoyan en la búsqueda de cuerpos sin
vida dentro de canales de riegos en Sinaloa.
Se analiza un primer estudio del estado del arte, donde se pretende contrastar ideas
entre propuestas teóricas y resultados de numerosos autores para obtener una
orientación positiva ante buenos resultados.
Se tomarán en cuenta atribuciones de la sociedad científica donde han trabajado
con proyectos similares, de esta manera es posible tomar todos los aspectos
positivos para integrarlos en nuestro desarrollo de proyecto y aspectos negativos
donde se pueden evitar situaciones que nos afecten en gran medida.
3.2.2. Definición del alcance de la investigación.
Consiste en determinar qué características de funcionalidad que el proyecto será
capaz de desempeñar, cuales son las actividades que podrá y no podrá realizar el
prototipo submarino. Así mismo se establecerán entornos físicos en los que el
prototipo podrá trabajar correctamente utilizando información previa de distintos
autores. Se definirán las limitaciones y las delimitaciones que el proyecto se
enfrentara, como limitaciones económicas o tiempo para desarrollo demasiado
corto.
3.2.3. Diseño físico utilizando herramientas CAD.
Utilizando herramientas de diseño asistido por computadora (CAD), más
específicamente el software SolidWorks, para diseñar aspectos físicos del prototipo
buscador en aguas profundas tomando en cuenta modelos previos de otros autores,
así es posible diseñar un prototipo que favorezca el funcionamiento de nuestro
prototipo.
En esta etapa se utilizará una herramienta donde se cree la manufactura de
impresión en 3D para el maquinado del prototipo, utilizando la impresora 3D
CubePro Duo, la cual maneja un software para configurar detalles de impresión una
vez tenido el modelo en 3D. Es importante la selección de un filamento platico capaz
de resistir presiones de agua grandes, tomando en cuenta esto, se decidió utilizar
ABS debido a la baja tendencia a deformaciones cuando se presentan fuerza en
éste.
3.2.4. Diseño y programación de la lógica de control.
Análisis y selección de tecnología con la cual se establecerá el proceso de control
del prototipo, como lo es las tabletas de control, motores, software de programación,
interfaces de visualización.
Tomando en cuenta el diseño físico del dispositivo es posible la programación de
comandos de desplazamiento, inmersión y emersión del equipo acuático, así como
sistema de iluminación y visualización en tiempo real.
3.2.5. Desempeño de funcionamiento.
En este apartado se integra la formación de la parte física del submarino impreso y
la tecnología de control para el movimiento del dispositivo, así como la interfaz de
visualización en tiempo real e iluminación.
Se realizan pruebas de movimiento donde se evalúa si el dispositivo es capaz de
sumergirse y emerger de forma correcta dentro de cuerpos de agua, así como la
traslación de un punto a otro. Se toman en cuenta los ambientes físicos antes
mencionados en la etapa del alcance de la investigación y la capacidad de distinción
de figuras dentro del agua.
En caso de que alguna de estos puntos a tratar no se cumplieran de manera óptima,
será necesario replantear puntos de diseño o programación que mejoren el estado
de desempeño del submarino buscador en aguas profundas.
3.2.6. Validación del prototipo final.
Una vez que el equipo cumpla con las acciones principales de desempeño como
capacidad de trasladarse exitosamente de un punto a otro, con estabilidad dentro
de cuerpos de agua, visualización de figuras de forma aceptablemente clara en
ambientes de trabajo destinados a la búsqueda y rescate de personas ahogadas en
canales, ríos y lagos; será posible el tratamiento de detalles estéticos para una
mejor presentación.
3.2.7. Documentación.
Se procede a la documentación de los datos obtenidos al final de la implementación
del prototipo buscador en aguas profundas, tomando en cuenta las especificaciones
del documento de investigación tesis.
3.3. Materiales.
Los materiales utilizados en la elaboración de este proyecto se enlistan a
continuación:
Artículos científicos en IEEEXplore, Redalyc y ScienceDirect.
Computadora Hp.
Impresora en 3D CubePro Duo.
1 cartucho de ABS rojo y blanco.
1 Placa arduino UNO.
1 Distribuidor de potencia.
1 Batería de cuatro celdas.
4 ESC (Electric Speed Controller).
4 Motores Brushless A2212.
2 Protoboards.
1 Joystick.
3 Relevadores dos polos, dos tiros SUN HOLD TDS- 1202L.
3 Transistores de potencia 2n2222a.
Software de programación arduino.
3 Rodamientos de 2.9mm x 6.9mm x 3mm.
3 Rodamientos de 10mm x 17mm x 7mm.
Cables de conexión electrónicos.
Grasa.
Estaño.
Cautín.
CAPITULO IV. DESARROLLO Y RESULTADOS.
4.1. Diseño y fabricación.
Proceso de diseño y fabricación del submarino buscador en aguas profundas,
controlado por un mando conectado vía alámbrica hacia el prototipo, donde se
reciben imágenes en tiempo real de lo que ocurre debajo del agua en un dispositivo
celular.
4.1.1 Diseño utilizando software Solidworks.
Mediante la herramienta de diseño Solid Works se diseñó tomando en cuenta las
especificaciones de los materiales con los que se contaron. A continuación, se
muestran algunos equipos tecnológicos con su diseño en Solidworks.
Tapa superior del submarino.
En la figura 23 se puede observar el diseño de la tapa superior del submarino,
se opto por la utilizacion de 52 barrenos situados en el entorno de la tapa y
alrededor del circulo central de la tapa, esto con el fin de utilizarse como union
entre la tapa superior y la tapa inferior del submarino.
Figura 14. Vista isometrica, Vista Superior y Vista frontal.
Tapa inferior del submarino.
En la figura 24 se observa el archivo en Solidworks de la parte inferior del
submarino donde se ubican numerosos barrenos que influirán como uniones
con la parte superior del prototipo, el círculo central servirá como el portador
del motor que sumerge y hace emerger el dispositivo.
Figura 15. Vista lateral, vista superior y vista isométrica de la tapa del submarino.
Recubridor del motor izquierdo.
En la figura 25 se puede observar en la base interior del Recubridor una figura
de cruz, la cual es el soporte donde el motor brushless se posicionará,
además, hay una rosca la cual facilita la etapa de mantenimiento de los
motores y tratamiento de sellado para impedir que el agua entre.
Figura 16. Vista superior, lateral e isométrico del Recubridor del motor izquierdo.
Recubridor del motor derecho.
En la figura 26 se puede observar que los dos recubridores de motores son
idénticos, posee las cruces donde el motor brushless descansará, la rosca
que sellará la parte interna del motor, además se presenta un comunicador
de cables de conexión entre los recubridores y el cuerpo central del prototipo.
Figura 17. Vista superior, lateral e isométrico del recubridor del motor
derecho.
Recubridor del motor de inmersión.
El motor de inmersión y emersión requiere que sea más pequeño que los
motores de empuje, esto debido a que está ubicado en la parte central del
prototipo, el agua pasará por la diferencia de espacios que hay entre el motor
de inmersión y el círculo central del submarino.
Figura 18. Vista lateral y superior del motor de inmersión y emersión.
Propela.
La utilización de la propela para el movimiento del prototipo se puede
observar en la figura 28, donde se optó por una hélice de 3 aspas.
Figura 19. Vista lateral y superior.
Eje de inmersión y emersión.
El eje de inmersión de la figura 29 tiene como principal objetivo direccionar el
paso del agua hacia arriba cuando inicie el proceso de inmersión. El eje de
inmersión va situado entre la tapa superior y la tapa inferior del submarino.
Figura 20. Vista lateral y vista isométrica del eje de inmersión y emersión.
Control.
El modelo de la figura 21 se utilizará para el control del vehículo, en donde
se podrá manipular de una manera más cómoda. El diseño está basado en
controles de consolas de videojuegos ya que se ha probado ser de los más
cómodos que existen.
Figura 21. Control del submarino.
Figura 22. Ensamble del prototipo submarino vista isometrica, superior y fondo.
4.1.2. Impresión en 3D.
El proceso de impresión en 3D se realizó utilizando una impresora marca CUBE
PRO Duo con dos extrusores instalados que realizaran el proceso de impresión.
Figura 23. Impresora en 3D marca CUBE PRO DUO.
4.1.2.1. Elección del material.
Para el diseño se tomaron en cuenta diferentes materiales como lo son: filamento
de plástico Flex, filamento de plástico PLA y filamento de plástico ABS.
Filamento Flex.- Este tipo de plástico utilizado en impresoras en 3d, son una clase
de polímeros que consisten en materiales con propiedades termoplásticas en la que
se reducen las temperatura de fundido para que las impresoras en 3d puedan
trabajar con este componente. El producto final construido con este material
presenta como propiedad principal a destacar su flexibilidad. Su utilización del
material varía dependiendo de las actividades que se desarrollaran con éste, son
utilizados para la elaboración de empaques, accesorios personales, etc.
Filamento PLA.- El filamento llamado ácido poliláctico por sus siglas en inglés
(PLA) es uno de los materiales más usados en el mundo de la impresione en 3D. El
PLA es un polímero biodegradable derivado del ácido láctico y se fabrica a partir de
recursos renovables como el maíz, remolacha, trigo y otros productos ricos en
almidón. Es resistente a la humedad y la grasa. El PLA es utilizado en la industria
del empaquetado de verduras, fabricación de bolsas, tazas, recipientes de
alimentos líquidos, etc. Recientemente en la industria médica, al ser el PLA un
producto biodegradable hace posible la utilización de este material como candidato
para implantes en el hueso o en tejidos, y para suturas.
Filamento ABS.- El Acrilonitrilo Butadenio Estireno (ABS) se considera un plástico
que sometido a la exposición de temperatura mayor a 100 grados centígrados se
vuelve deformable o flexible, mientras que cuando se enfría lo suficiente se
endurece. Es un plástico muy resistente al impacto, utilizado específicamente en la
industria.
De los materiales que se pensaron, el seleccionado fue el filamento ABS, debido a
la compatibilidad de la impresora en 3d que se utilizó, además, las impresiones
utilizando material ABS en su fabricación es indicado cuando la pieza se someterá
a esfuerzos constantes o cuando se expondrá a temperaturas extremas, sin
embargo, su precio es elevado. La capacidad de ser impreso nos permite que tome
la figura que se desea mediante un modelado previo en 3D.
4.1.2.2. Proceso de impresión.
Una vez que el dibujo está terminado en un software de diseño asistido por
computadora, CAD, es necesario convertir el formato de la pieza del dibujo a “.STL”.
Esta extensión define la geometría de objetos en 3D y es utilizado por el software
de control de las impresoras para la fabricación de objetos.
El producto CUBE PRO DUO maneja un software desarrollado por la misma marca
llamado CubePro como se muestra en la figura 13, se procede a abrir el archivo
STL que se desea imprimir.
Una vez abierto el archivo a imprimir, el software tiene la capacidad de configurar la
calidad de la impresión según sea el propósito al que se le dará a la pieza como se
muestra en la figura siguiente.
Figura 24. Interfaz gráfica del software de impresión CubePro.
Figura 25. Configuración de la calidad de impresión.
Una vez determinada los parámetros para imprimir, se presiona el botón “Build”,
donde generará un archivo con extensión CUBEPRO. Mediante el uso de USB se
introduce el archivo con extensión CUBEPRO a la impresora y se selecciona
imprimir en la pantalla táctil de la misma. Los tiempos de impresión varían
dependiendo del tamaño de la figura y la calidad de la impresión.
Las impresiones realizadas para la elaboración del prototipo submarino fue
necesaria hacerlas por partes, debido a que las dimensiones de la cama de la
impresora CUBE PRO DUO no admite archivos que sobrepasen el tamaño natural
de la cama de impresión.
Figura 26. Impresión inicial de la tapa superior del submarino, tiempo
estimado de impresión 4.5 horas.
Figura 27. Impresión del control, tiempo estimado de impresión 5 horas.
4.1.3 Construcción.
Para la construcción del submarino buscador en aguas profundas, se debe tener
listos los componentes impresos en 3D y motores ya que estos serán los que
estarán debajo del agua realizando actividades de búsqueda.
4.1.3.1 Ensamble.
Primeramente, se identificaron las piezas impresas que se fabricaron por partes,
algunas de ellas debido a sus dimensiones no fue posible imprimir la pieza
completa, pero es necesario pegarla. Para ello se utilizó pegamento instantáneo a
base de cianoacrilato de etilo para la unión precisa de las piezas, posteriormente se
utilizó pegamento epóxico para reafirmar la unión de cada pieza.
Figura 28. Pegamento epóxico.
En total se imprimieron 20 piezas que conforman el submarino, algunas se pudieron
imprimir por partes y algunas otras se pudo obtener piezas completas.
Figura 29. Base de la tapa impresa por partes.
Figura 30. Segunda parte de la impresión de la tapa del submarino.
El proceso de impresión por partes es tardado, sin embargo, aumenta la calidad de
las piezas fabricadas obtengan un buen acabado al momento de unirlas al final.
Una vez todas las piezas que corresponden a su forma original estén pegadas, se
procede a el montaje de todos los componentes, los recubridores de los motores se
fijan a la base de la tapa inferior del submarino con silicona caliente para evitar que
las piezas se muevan, posteriormente se usa pegamento epóxico para su fijación.
En la figura 31 se puede observar el recubridor del motor derecho con líneas negras
indicadoras de material epóxico.
Figura 31. Fijación utilizando pegamento epóxico.
En el modelo diseñado se aplicaron barrenos en el contorno de la parte superior e
inferior del submarino, esto con el fin de utilizar tornillos y tuercas de 3/4 de pulgada
para su unión.
Para la unión de la parte del motor y la propela se utilizaron dos rodamientos que
comunicaran el recubridor del motor y el eje giratorio del motor, esto con el fin de
minimizar al máximo la fricción que se pudiesen presentar. El primer rodamiento
tiene unas dimensiones de 3mm x 7.8mm x 2mm, éste será el rodamiento ubicado
en la parte interior del recubridor. El segundo rodamiento de 10mm x 18 mm x 9 mm
que está ubicado en la parte exterior del recubridor.
Figura 32. Ensamble del recubridor del motor.
4.1.4.2 Procedimiento de barnizado y sellado.
Debido a las pequeñas estrías por donde pasa el extrusor de impresión que se
observan en las piezas impresas, no presentan una unión uniforme, incluso en
algunas piezas es posible observar pequeños espacios que atraviesan por la figura.
Es necesario someterse a un procedimiento impermeabilizante que permitirá un
funcionamiento correcto en el medio acuático.
El proceso de impermeabilización se llevó acabo de la siguiente manera:
Materiales:
o Barniz
o Brocha
o Grasa
o Empaque de hule
o Silicón caliente
El primer paso es utilizar la brocha con barniz para cubrir todo el interior del cuerpo
del submarino, esto buscando cubrir las trayectorias de la impresora en 3D a lo largo
del cuerpo. De igual manera la parte exterior del cuerpo.
Para el proceso de barnizado de los motores se colocan numerosas capas con
ayuda de la brocha. Una vez barnizado se procede a introducir el motor brushless
dentro del recubridor, se coloca el balero grande y el balero pequeño dentro de la
tapa del recubridor como se muestra en la figura 33.
Figura 33. Ubicación de baleros.
La tapa del recubridor fue diseñada para dejar un espacio entre el eje del motor
brushless y el balero exterior de 18 mm con el fin de introducir grasa en ese espacio.
La grasa servirá como resistencia al paso del agua cuando el motor este sumergido
y rotando.
Figura 34. Ubicación de la cámara de grasa.
Una vez el recubridor del motor está cerrado con su tapa correspondiente, en la
zona de la rosca es necesario aplicar silicón caliente para asegurar que el agua no
entre hacia el motor como se muestra en la figura 35. Se decidió utilizar silicón
debido a que no tiene mucha complejidad para quitarse al momento que se requiera
dar mantenimiento a los motores, además, el silicón se comporta de buena manera
a la resistencia al paso del agua.
Figura 35. recubrimiento de motor con silicón y barniz.
En la unión de las dos tapas del submarino naturalmente existe una separación
entre ellas, para este caso se utilizó un empaque hecho de hule a medida del
contorno del submarino la cual estará ubicada en medio de las dos tapas como se
muestra en la figura 36. Al estar apretando los tornillos de manera uniforme las dos
Sellador del Motor
tapas ejercen presión hacia el empaque, reduciendo al mínimo el espacio entre
ellas.
Figura 36. Empaque de hule ubicada entre las dos tapas del submarino.
4.1.5. Prototipo final.
El diseño paso por una gran cantidad de cambios en la estructura basándonos en
el submarino operado a control remoto PowerRay, con el fin de asegurar que las
tareas de búsqueda para lo que fue diseñado se cumplieran y las actividades de
movimiento, impermeabilidad, flotabilidad, iluminación y comunicación pudiesen
cumplirse.
El prototipo está compuesto por 4 componentes principales: el cuerpo central,
propulsores de avance, visualización e iluminación, propulsor de inmersión y
emersión.
Figura 37. Vista superior del prototipo final.
Los dos motores ubicados en la parte derecha de la imagen serán los encargados
de direccionar el movimiento en el plano x, y, activando la propulsión giro a la
izquierda, giro a la derecha. La actividad de inmersión y emersión será desarrollada
por el motor central del prototipo.
Las dimensiones del cuerpo del submarino son:
Largo: 350 mm.
Ancho: 209 mm.
Peso: 1.300 kg.
Figura 38. Vista frontal.
Figura 39. Vista isométrica.
Figura 40. Mando de control del submarino impreso.
Figura 41. Caja de control del submarino.
4.2. Control y sistema de potencia.
4.2.1. Componentes.
4.2.1.1 Arduino.
Para el desarrollo de ésta etapa se utilizó una placa Arduino UNO para desarrollo
de proyectos sin la necesidad de la adquisición de licencias. La programación no es
compleja y facilita la comunicación de la computadora. La tarjeta Arduino utiliza un
microcontrolador ATMega 328. Establece un canal de comunicación serial USB y
es posible alimentar la tarjeta Arduino con ésta misma conexión, igualmente tiene
una entrada de voltaje de 5V y 12V. Cuenta con 14 pines de entrada / salida digital
(de los cuales 6 se pueden utilizar como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un
oscilador de cristal de 16 MHz.
Figura 42. Tarjeta de programación Arduino UNO.
Para el desarrollo del proyecto se tomaron como salida los pines analógicos número
3, 5 y 6 los cuales van conectados a los controladores de velocidad para los
motores. Las entradas analógicas A0, A1 y A2 como receptores de información para
controlar el desempeño del submarino. Los pines de salida 1, 2 y 4 se utilizaron
como salida conectada a relevadores para realizar el cambio de giro de los motores.
4.2.1.2 Batería.
Debido a que la operación de los elementos de propulsión requiere una batería con
la suficiente capacidad de suministro de energía para el submarino, se decidió
utilizar dos baterías tipo Lipo (Polimero de litio).
La primera batería es una Zippy compact de 1000 mA como se muestra en la figura
52, dedicada exclusivamente para el suministro de energía de iluminación del
prototipo.
Figura 43. Batería tipo Lipo para alimentación de luces.
La segunda batería es una Turnigy de 2200 mA como se muestra en la figura
44, dedicada al suministro de energía del distribuidor de potencia, el cual
alimenta a los controladores de velocidad, motores y circuitos de potencia.
Figura 44. Bateria tipo Lipo para alimentación de actuadores y tarjeta de
control.
4.2.1.3 Distribuidor de potencia.
La tarjeta distribuidora de potencia es utilizada para compartir el voltaje de la
batería tipo Lipo marca Turnigy hacia los controladores de velocidad ESC y
alimentación para el cambio de giro de los motores.
Figura 45. Distribuidor de potencia.
A continuación, en la figura 46 se muestra el diagrama de conexión de
alimentación para el submarino buscador.
Figura 46. Conexión de tarjeta de distribución de potencia.
4.2.1.5. Controladores de velocidad (ESC) y motores Brushless.
Los controladores de velocidad electrónicos (ESC) son controladores que utilizan la
modulación de ancho de pulso para (PWM) para el controlar motores eléctricos. Los
variadores de motores brushless generan una corriente trifásica mediante un
inversor proveniente de la batería.
El motor Brushless a2212 es un motor de conmutación electrónica, son
comúnmente utilizados para el desarrollo de prototipos Dron y otros dispositivos
radiocontrol, gracias a su eficiencia y bajo peso. Para la utilización de este
dispositivo se necesitó de un controlador de velocidad y la utilización de la
modulación de ancho de pulso que proporciona arduino.
El ESC maneja un rango específico de modulación por ancho de pulso como se
muestra en la siguiente tabla:
Modulación de ancho
de pulso (PWM)
Porcentaje de
funcionamiento del motor
(%)
Revoluciones por
minutos del motor
A2212 (RPM).
0.7 mS 0% 0
1.0 mS 0% 0
1.2 mS 20% 200
1.4 mS 40% 400
1.6 mS 60% 600
1.8 mS 80% 800
2.0 mS 100% 1000
Tabla 4.- Relación de PWM desde Arduino para control de motor brushless.
La modulación de ancho de pulso se obtiene con la conexión de un potenciómetro
a la entrada analógica de Arduino que, mediante programación interpreta la entrada
analógica y arroja a la salida la modulación de ancho de pulso con la que los
controladores de velocidad trabajan.
4.2.2. Programación y control de giro de motores.
Se utilizó la interfaz de programación Arduino para el control de los motores, los
cuales tienen una lógica de programación similar a los llamados carros oruga o
tanques, esto quiere decir que los motores de propulsión son controlados
individualmente.
A continuación, se muestra el código de control desarrollado en Arduino.
#include <Servo.h> // Se utilizó la librería para el control de servomotores.
Servo MOTOR_MEDIO; // Se crearon variables con el nombre de los
motores
Servo MOTOR_DERECHA;
Servo MOTOR_IZQUIERDA;
int X; //Se crearon variables en la que los valores recibidos del control se
guardaran.
int Y;
int Z;
int CAMBIO_GIRO = 2; //Se establecieron los pines de salida para el cambio
de dirección de motores
int CAMBIO_GIRO2 = 1;
int CAMBIO_GIRO3 = 4;
void setup() { // Código de programación en lo que se configuran como
entradas y salidas
pinMode(CAMBIO_GIRO, OUTPUT);
pinMode(CAMBIO_GIRO2, OUTPUT);
pinMode(CAMBIO_GIRO3, OUTPUT);
MOTOR_MEDIO.attach(6); // Se establecen las salidas analógicas de
control en arduino
MOTOR_DERECHA.attach(5);
MOTOR_IZQUIERDA.attach(3);
}
void loop() { // Desarrollo del código principa.
X = analogRead(A0); // Los datos obtenidos en la entrada analógica A0 se
guardan en X
Y = analogRead(A1); // Los datos obtenidos en la entrada analógica A1 se
guardan en Y
Z = analogRead(A2); // Los datos obtenidos en la entrada analógica A2 se
guardan en Z
if (X > 550 && X <= 1023) { // Condicion, si X toma un valor analogico
mayor a 550
digitalWrite(CAMBIO_GIRO, LOW); // Manda un 0 lógico a la salida digital
2
X = map(X, 400, 1023, 0, 170); // Operación de mapeo dependiendo del
valor analógico
MOTOR_DERECHA.write(X); // El valor obtenido en la entrada analógica
X sale como modulación de ancho de pulso en el pin 5 analógico
delay (5);
}
else{ // Si el valor analogico no está entre 550 y 1023
if(X < 450 && X >= 0){ // Corrobora que el valor analógico de X esta
entre 0 y 450
digitalWrite(CAMBIO_GIRO, HIGH); // Cambia el estado del pin digital
2 a un 1 lógico
X = map(X, 600, 0, 0, 170); // Operación de mapeo dependiendo del
valor de X
MOTOR_DERECHA.write(X); // Valor de X es convertido a modulación
de ancho de pulso.
delay (5);
}
}
if (Y > 550 && Y <= 1023) { //Condición, si Y esta entre 550 y 1023
digitalWrite(CAMBIO_GIRO2, LOW); // Manda un 0 lógico a la salida
digital 1
Y = map(Y, 400, 1023, 0, 170); // Mapea el valor de 400 a 1023 y se
guarda en Y
MOTOR_IZQUIERDA.write(Y); // Sale como modulación de ancho de
pulso
delay (5);
}
else{ // Si no
if(Y < 450 && Y >= 0){ // Si el valor de Y esta entre 450 y 0
digitalWrite(CAMBIO_GIRO2, HIGH); // El pin digital 1 recibe un valor
lógico 1
Y = map(Y, 600, 0, 0, 170); // Mapea los valores de Y de 600 a 0
MOTOR_IZQUIERDA.write(Y); // Valor de Y sale como modulación de
ancho de pulso
delay (5);
}
}
if (Z > 550 && Z <= 1023){ // Si los valores de Z están dentro de 550 a
1023
digitalWrite(CAMBIO_GIRO3, LOW); // Pin digital 4 se pone en 0 lógico
Z = map(Z, 400, 1023, 0, 170); // Mapea los valores de Z
MOTOR_MEDIO.write(Z); // Sale modulación de ancho de pulso
delay (5);
}
else{
if(Z < 450 && Z >= 0){ // Si Z esta entre 450 y 0
digitalWrite(CAMBIO_GIRO3, HIGH); // Pin digital 4 se pone en 1
lógico
Z = map(Z, 600, 0, 0, 170);// Mapeo de valores en Z
MOTOR_MEDIO.write(Z); // Salida en forma de modulación de ancho
de pulso
delay (5);
}
}
}
El potenciómetro conectado a Arduino genera una alimentación de voltaje
analógico, la representación total de los 5V de trabajo de Arduino equivale a 1023
valores intermedios analógicos. Si la resistencia del potenciómetro es elevada el
voltaje de entrada a Arduino por los puertos analógicos será menor, por lo tanto, los
valores intermedios analógicos tomarán un valor pequeño entre 0 y 1024.
Se utilizó este método para posicionar los potenciómetros de manera que favorezca
las direcciones para control, los cuales dos de ellas fueron ubicados en forma de
palancas de un eje para controlar el avance y retroceso de los motores.
Figura 47. Control del submarino.
La ubicación de los potenciómetros facilita en gran medid el control de
desplazamiento del submarino, con una mano se activa el motor de inmersión y con
la otra es posible controlar la dirección en la que se quiere explorar.
4.2.3 Conexión de relevadores para el cambio de giro.
Para realizar el cambio de dirección en motores que manejan corrientes trifásicas
como lo son los motores brushless, es necesario el cambio de dos de sus fases de
conexión. Para esto, se utilizaron 3 relevadores SunHold TDS-1202L de dos polos
dos tiros que trabajan con 12V.
Figura 48. Relevador para el cambio de giro de los motores brushless.
La señal de conexión que viene de Arduino se conecta a un transistor 2n2222a que,
al llegarle un pulso en alto, la señal de tierra que se presenta en la base del transistor
conduce al emisor, el cual está conectado al pin 16 del relevador como se muestra
en la figura. Una vez que se activa el embobinado interno del relevador los contactos
conmutan cambiando el estado de las conexiones desde los ESC hacia los motores.
Figura 49. Conexión de motores brushles para el cambio de giro
4.3. Diagrama general de conexión.
En la figura se muestra el diagrama de conexión general que representa el
funcionamiento del proyecto.
Figura 50. Diagrama general de conexión.
En la figura 50 se puede observar el diagrama general de conexión en donde se
observa el proceso para el control del submarino. El control comienza con el
accionamiento de los potenciómetros, los cuales mandan un voltaje analógico a las
entradas de Arduino, éste calcula la modulación de ancho de pulso y las manda a
los controladores de velocidad ESC. Dependiendo de qué valor de voltaje analógico
precedente de los potenciómetros conectados a Arduino se determina que
velocidad tendrá que girar los motores de accionamiento.
Figura 51. Conexión de control real del submarino.
4.4. Sistema de iluminación y visualización.
4.4.1 Sistema de iluminación.
Para la iluminación se utilizó un faro led modelo HJG los cuales trabajan a 12V de
corriente continua, son utilizados comúnmente en vehículos de transporte como
motocicletas y automóviles. La conexión utilizada para la activación de la
iluminación del prototipo consistía en la utilización de un interruptor que conectaba
la batería hacia los faros. En la figura 61 se puede observar el diagrama de
conexión.
Figura 52. Conexión de sistema de iluminación
4.4.2. Sistema de visualización.
Para la visualización de imágenes en tiempo real del submarino buscador, se utilizó
el modelo de cámara Y_camera, la cual es una cámara que permite la visualización
de las imágenes que toma y las proyecta en una computadora o por medio de una
aplicación en teléfonos móviles con sistema operativo Android.
Figura 53. Cámara endoscópica utilizada en submarino.
Se decidió utilizar la cámara endoscópica ya que es un dispositivo que se puede
mojar algunos buzos la utilizan para observar dentro de tuberías subacuáticas para
encontrar problemas de atasco, además el precio la hace accesible para la
integración al prototipo.
Faro HJG
Interruptor
Batería
En la figura 54 se puede observar imágenes tomadas por el submarino en el
canal de riego Cahuinahua.
Figura 54. Fotografía tomada debajo del agua en un canal de riego.
La figura no alcanza a distinguir figura alguna, a menos que se encuentre muy
cercano a éste, esto ocurre ya que las aguas del canal de riego Cahuinahua se
encontraba muy revuelta, generalmente esto no es así, pero al presentarse un
caudal considerable el agua muestra cierta revoltura.
Figura 55. Sistema de iluminación funcionando.
4.5. Ambientes de trabajo.
La metodología que se siguió para la exploración en aguas profundas en ríos y
lagos fue la siguiente.
Figura 56. Diagrama de desarrollo.
En la figura 56 se puede observar el diagrama de desarrollo para encontrar objetos
perdidos dentro de aguas profundas. Primeramente, es necesario identificar un
espacio acuático donde se desee aplicar actividades de búsqueda, una vez
identificado, se debe iniciar los accesorios de iluminación y visualización para que
el operador observe que es lo que hay debajo del agua para que así, se pueda
aplicar el control especifico del submarino hasta encontrar el objeto deseado.
En la figura 66 se puede observar el prototipo submarino operando en el canal
Cahuinahua que suministra agua para actividades agrícolas.
Figura 57. Prototipo funcionando en canal de riego Cahuinahua.
4.5.1. Acondicionamiento del ambiente de trabajo.
Las ubicaciones de los dispositivos electrónicos estarán ubicadas fuera del alcance
del agua para evitar problemas de humedad, los únicos componentes electrónicos
que se encuentran debajo del agua son los motores brushless.
El submarino podrá desplazarse en el agua siempre y cuando la corriente de agua
no sea muy fuerte, ya que la corriente desestabilizará el dispositivo y no se podrá
controlar.
El desempeño del prototipo submarino en condiciones de lluvia no será bueno, esto
debido a que los componentes electrónicos están ubicados fuera del espacio de
búsqueda, sin embargo, el agua de la lluvia puede mojar el contenedor que los
sostiene.
Si por alguna razón el submarino deja de funcionar dentro del agua no abra
problema, ya que el control contiene un cable de conexión hacia los motores, esto
hace que si ocurra algún problema solamente se jale ese cable para recuperar el
equipo.
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En este trabajo de tesis se ha propuesto un prototipo de robot submarino para
búsqueda en aguas profundas utilizando motores brushless para los movimientos
del prototipo, sistemas de iluminación y visualización para observar en tiempo real
que es lo que sucede debajo del agua a una profundidad no mayor a dos metros.
El prototipo es atractivo para organizaciones y autoridades donde parte de su
trabajo implica la exploración de espacios bajo el agua con el fin de localizar un
objeto, se mueve en espacios de agua, el prototipo se sumerge y emerge mediante
operación remota por el usuario, el usuario recibe información visual en tiempo real
de lo que ocurre debajo del agua sin embargo las imágenes no son de la calidad
necesaria para un buen trabajo de exploración. La propuesta del prototipo permite
salvaguardar la integridad física de las personas que realizan actividades de
búsqueda y rescate de objetos dentro de canales y ríos.
Como trabajo futuro es posible la integración de equipos de visualización de mayor
calidad, como cámaras HD especializadas en la exploración submarina. La
integración de un controlador en la parte de inmersión y emersión sería de gran
utilidad para que el prototipo tenga mayor estabilidad al estar sumergiéndose y
emergiendo.
Referencias.
[1] Sergio Ortega Noriega. Breve historia de Sinaloa. Biblioteca Digital de Ilce.
[2] Google Maps. Localización del estado de Sinaloa.
[3] Escuela de Búsqueda. Rescate y Buceo. Secretaria de Marina. 5 de Julio del 2018.
[4] Héctor A. Moreno, Roque Saltaren, Lisandro Puglisi, Isela Carrera, Pedro Cárdenas,
Cesar Álvarez. Robótica Submarina: Conceptos, elementos, modelado y
control. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial (2014) 3-19
[5] Xavier Domingo, Albert Guardia, Luis Martínez. Robots Submarinos. Disponible
en: http://www-assig.fib.upc.es/~rob/protegit/treballs/Q2_03-
04/submarinos/index.htm
[6] Juan Francisco Sotomayor. 11 ríos, red hidráulica más grande de México.
Riqueza de Sinaloa. Economía y turismo, medio ambiente. Noviembre 2017.
[7] Automóvil con tres personas cae al canal en el Guayabo. El periódico el Debate.
Agosto del 2018.
[8] José Mendoza. Muere ahogado un niño de dos años en un canal. Radio en vivo
línea directa portal. Septiembre del 2018.
[9] Graciela Tapia. Así encontraron el cuerpo de Josecito dentro del canal.
Periódico El Debate. Febrero del 2017.
[10] Luis Felipe Puente Espinosa. Organización titular de la secretaria técnica del
consejo nacional de protección civil. Secretaria de gobernación. Agosto 2014.
[11] Francisco Rodríguez. Los buzos del desierto se dedican a encontrar cuerpos
de personas que se ahogaron en el rio o en canales de riego. Julio 2018.
[12] Fernando García Chiloeches, Jorge Higueras Álvarez. Rescate en ríos, riadas e
inundaciones. Manual de rescate y salvamento. 2015.
[13] José Luis Fernández Zayas, Patricia Zúñiga-Bello. Seminarios de Protección Civil
y Desastres Inducidos Por Fenómenos Naturales: Memorias. Foro Consultivo
Científico y Tecnológico. Marzo de 2007 D.R. 2007, FCCyT.
[14] Juan José Ríos Estavillo. Informe Especial Sobre Cuestiones Jurídicas de
Desaparición de Personas. CEDHSinaloa. Marzo 2015.
[15] Instituto Nacional de Estadística y Geografía. Entidad Federativa de Residencia
Habitual de la Persona Fallecida INEGI. 31/10/2018. Disponible en:
http://www.beta.inegi.org.mx/app/tabulados/pxweb/inicio.html?rxid=75ada3fe-
1e52-41b3-bf27-4cda26e957a7&db=Mortalidad&px=Mortalidad_01.
[16] Celis A, Burciaga-Torres M, Castillo S, Robles-Pinto S, Orozco-Valerio M.
Tendencia de la Mortalidad a Consecuencia de Asfixia Por Inmersión en
México, 1979–2005. Rev Panam Salud Pública. 2008.
[17] La Sierra. Disponible en:
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/estados/libros/sinaloa/html/sec_6.html
[18] Ridao, P., J., Y., Batlle, J., Sugihara, K. On auv control architecture. In:
Proceedings of the International Conference on Intelligent Robots and
Systems.
pp. 855–860. 2000.
[19] Fossen, T., Sagatun, S. Adaptive control of nonlinear underwater robotic
systems. In: Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and
Automation. pp. 1687–1695. 1991.
[20] Nie, J., Yuh, J., Kardash, E., Fossen, T. I. On-board sensor-based adaptive control
of small uuvs in very shallow water. In: Proc. of IFAC-Control applications in
Marine Systems. pp. 201–206. 1998.
[21] Yuh, J. Learning control of underwater robotic vehicles. IEEE Control System 14 (2),
39–46. 1994.
[22] Katshuiko Ogata. Ingenieria de control moderna. Tercera edición. Prentice-Hall
Hispanoamericana, S.A. 1998.
[24] Xataca Basics. Que es, como funciona y que puedes hacer con arduino. Xataca
México. Agosto 2018.
[25] Purdum, Jack J. Beginning C for arduino: Learn C programming for Arduino. Segunda
edición. 2015.
[26] Massimo Banzi, Michael Shiloh. Getting Started with Arduino. Maker Media. 2014.
[27] Aprendiendo arduino. Disponible en:
aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/06/18/ide-arduino-y-configuracion/
[28] Arduino Environment. Disponible en: www.arduino.cc/en/Guide/Environment#
[29] Stefan B. Williams, Paul Newman, Julio Rosenblatt, Gamini Dissanayake, Hugh
Durrant-Whyte. Autonomous Underwater Navigation and Control. Department of
Mechanical and Mechatronic Engineering University of Sydney. 2006.
[30] UH Marine operations. University of Hawai. Disponible en:
http://www.soest.hawaii.edu/UMC/cms/remus-auv/
[31] Evanildo da Silveria. Vehiculos Subacuaticos. Pesquisa. 2016.
[32] Ana Cristina Palacios Garcia. Prototipo Robot Acuatico Explorador. Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Ciencias de la Computación. 2015.
[33] Arturo García Cruz. Experiencia de capacitación en rescate acuático en el
Estado de México. CONAPRA (Consejo Nacional para la Prevención de Accidentes.),
México. Noviembre 2015
[34] Sonia Fernández Cantón, Ana María Hernández Martínez, Ricardo Viguri Uribe.
Mortalidad por ahogamiento en la población de menores de 15 años en México,
periodo 1998-2010. México. Agosto 2012.
[35] Mercedes López. Agencia informativa Conacyt. México. Agosto 2015.
[36] Ana Cristina Palacios García. Tesis: Prototipo De Robot Acuático Explorador.
México. 2007.
