INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIER~A Y TECNOLOG~AS AVANZADAS

Vehículo Terrestre de Exploración

Trabajo Terminal

Que para obtener el Título de

"INGENIERO EN MECATRÓNICA"

Presentan: Ávila Montaño Jéssica Raquel

Carrillo García Abel Cienfuegos Garcia Bernardo Alberto

Vázquez Flores Omar Bernardo

Asesores: Ing. Emilio Nicéforo Brito Martinez

M. en C. Brahim El Filali

Presidente: Dr. José Alfredo Rosas Flores

,z- -.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIER~A Y TECNOLOG~AS AVANZADAS

Vehículo Terrestre de Exploración

Trabajo Terminal

Que para obtener el titulo de

"INGENIERO EN MECATR~NICA"

Presentan: Ávila Montaño Jéssica Raquel

Carrillo García Abel Cienfuegos García Bernardo Alberto

Vázquez Flores Omar Bernardo

Asesores:

M. en C. ~ r o d q a f a b l Carvallo Dominguez

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL -A. Unidad Profesional Interdisaplinana en Ingenieria y Tecndogias Avanzadas .O “3

MECATRONICA

Resumen

Introducción

Objetivo

Justificación

Planteamiento del problema

Solución del problema

CAP~TULO 1 VEH~CULOS TELEOPERADOS

introducción

1 .l. Historia de la teleoperación

1.2. Tipos de vehículos exploradores

1.2.1 Vehículos terrestres

1.2.2 Vehículos de ruedas

1.2.3 Configuración Ackerman

1.2.4. Sistema de suspensión

1.2.5. Resistencia a la rodadura

1.2.6. Transmisión y el diferencial

1.3 Vehlculos teleoperados

1.4 Vehículos exploradores teleoperados, tecnología existente

1.4.1 Vehículo Laimuz

1.4.2 Explorador espacial

1.5 Microcontroladores

1.5.1 Concepto de microcontrolador

1 51.2. Arquitectura interna

1.5.3 Lenguaje máquina

1.6 Servomotores

lntroduccibn

2.1 Comunicación inabmbrica

2.2 Protocolos TCP y UDP

2.3 Transmisión del video

i

i i

i i

ii

i i

iii

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INSTITUTO POLIECHICO NACYWUL ,"A Unidad Profesional Interdisciplinana m hgmiena y Tecndogias Avanzadas * J + -

MECATR6NlCA

4.1.4 Entrada

4.1.5 Procesamiento

4.1.6 Salida

4.1.7 Cliente Java

4.1.8 Reproductor Java Media Framework (JMF)

CAP~TULO 5 INTEGRACIÓN DE SISTEMAS

Introducción

5.1 Funcionamiento del Vehículo Terrestre de Exploración

5.2 Pruebas con el Vehículo Terrestre de Exploración

5.2.1 Velocidad del vehículo

5.2.2 Transmisión de audio y vídeo

Conclusiones

Apkndice

Costos del proyecto

Transmeta Crusoe (computadora embebida)

Tarjeta de PC del cliente de Orinoco 11 b

Modelo: PICA 6F84A-20Ip

Dibujo explosivo del vehículo Clod Buster 4WD

Glosario

Bibliografía

Referencias electrónicas

INSTITUTO P O C ~ W(X»UL Unidad Profesional lnterdisciplinaria m y Tecndogias Avanzadas

MECATRONICA

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Vehículo de ruedas

Figura 1.2 Vehículo de cadenas

Figura 1.3 Vehículos articulares

Figura 1.4 Configuraci6n Ackerman

Figura 1.5 Resistencia a la rodadura

Figura 1.6 El diferencial

Figura 1.7 Elementos principales de un sistema teleoperado

Figura 1.8 Vehiculo Laimuz

Figura 1.9 Opportunity

Figura 1.10 Esquema de un microcontrolador

Figura 1.1 1 Servomotor

Figura 2.1 Capas del modelo OS1

Figura 3.1 Blackfoot Xtreme 2x4

Figura 3.2 Xb2 Over Lander

Figura 3.3 Monstertruck

Figura 3.4 Clod Buster 4WD

Figura 3.5 Diseño de eslabón

Tabla 3.1 Coeficientes de fricción de rodadura

Figura 3.6 PICA 6F84A

Figura 3.7 Pulsos enviados al servomotor

Figura 4.1 Funciones realizadas por el servidor Java

Figura 4.2 Funciones realizadas por el cliente Java

Figura 4.3 Modelo de procesamiento para datos multimedia

Figura 4.4 Funciones realizadas por el cliente Java

INSTITUTO POCmCIIIC -3N- Unidad Profesional Interdisadn3~3 ? -?e-? v'ecmbgias Avanzadas

MECATROa:'CA

Figura 5.1 Estructura mecánica Clod Buster 4VVü

Figura 5.2 Control de servornotores

Figura 5.3 Comunicación Cliente-Servidor

Tabla 5.1 Tabla de velocidad sin carga y en concreto

Tabla 5.2 Tabla de velocidad con carga y en césped

INSTITUTO POLIT~CNICO N- Unidad Profesional Interdisciplinana en ? v '-= Avanzadac

MECATRONYCA

Resumen

En el presente reporte se describe el desarrollo de un vehículo teleoperado de

exploración terrestre, el cual está orientado a transitar en sitios donde se requiera

visualizar el entorno, el vehículo se controla a través de señales digitales para ampliar

su radio de operación, el cual depende del alcance de la red inalCImbrica que se vaya a

utilizar.

El control de velocidad y dirección de los servomotores del vehículo, se realizan

mediante un microcontrolador, programado en Lenguaje Ensamblador, el cual codifica

la señal enviada por el operador y la modula para que pueda ser ejecutada por el

servomotor.

Para la adquisición del vídeo, al vehículo se le implementa una cámara web, la cual

captura las imágenes del entorno a explorar para ser almacenadas y codificadas

mediante un programa desarrollado en Lenguaje Java en una computadora embebida

al vehículo, posteriormente se envían a la computadora del operador mediante red

inalámbrica, por medio del protocolo de la familia TCPIIP, asta comunicación sigue el

modelo cliente-servidor.

The present report describes the prototype vehicle of exploration, which is oriented to

journey in sites where it is required to visualize the surroundings, this vehicle is tried to control through

digital signs to extend its radius of operation, which depends on the reach of the radio network that is

going to be to use.

The control of speed and direction of the servomotors of the vehicle, are done by means of a

microcontroller, programmed in assembly language, who codifies the signal sent by the operator and

modulates to be executed by the servomotor.

For the acquisition of the video, a web cam is implemented to the vehicle, which captures the images of

the surroundings to explore for being stored and being codified by means of a program developed in Java

Language in an absorbed computer to the vehicle, later they are sent to the computer of the operator by

means of wireless network, by means of the protocol of family TCP/IP, this communication follows the

model client-server.

INSTITUTO Po~i~Ectna, N- A. Unidad Profesional Interdisaplinana en 1 - y ~ v'oprrc-s p m a d a s J;, ,a

MECATRONICA

Introducción

Para el desarrollo del proyecto se utiliza un vehículo con un sistema de locomoción a

base de ruedas, configuración Ackerman, al cual se le adapta un sistema de

adquisición de video, utilizando como receptor de imágenes una cámara web, la cual

guarda los datos en una computadora embebida al vehículo y transmite la información

mediante red inalámbrica a otra computadora para ser visualizada por el operador.

Para el control de la dirección del vehículo, el operador ingresa la instrucción a su

computadora, la cual transmite la información a través de red inalámbrica, para ser

recibida por la computadora embebida al vehículo, y manda la señal digital al

microcontrolador, el cual genera una señal moduladora de ancho de pulso, que sirve

para controlar la posición de la flecha del servomotor.

Objetivo

Ampliar el alcance de operación de un vehículo destinado a la exploración terrestre,

digitalizando su sistema de transmisión de señales, utilizando una interfaz visual para

teleoperar el vehículo en sitios en donde no puede estar presente el operador.

Justificación

Debido a la necesidad que existe actualmente para desarrollar tecnología propia en el

Cirea de la exploración de terrenos de difícil acceso, se plantea desarrollar un Prototipo

de Exploración Terrestre, perteneciente al Centro de Servicios Experimentales del

Departamento de Control Automático del CINVESTAV, capaz de teleoperarse de

manera sencilla y a un bajo costo. Así mismo se pretende dejar una base flexible para

que posteriormente se continúe con el desarrollo del prototipo.

Planteamiento del problema

El vehículo Clod Búster 4WD, perteneciente al Centro de Servicios Experimentales del

Departamento de Control Automático del CINVESTAV, tiene un sistema de

transmisión de señales a través de radio, dicho sistema presenta un alcance de

operación limitado de aproximadamente 6 metros de distancia. Por otra parte la

INSTITUTO POLIECNHX) N~IX#L Unidad Profestonal Inlerdisc~plinana en l y ? ~ ? r -- Emzadas

MECATR~N~CA

calidad de imagen y la velocidad de transmisión de señales, son insuficientes para la

exploración terrestre.

Solución del problema

Modificar la forma de operación de un vehiculo terrestre operado por radiocontrol,

realizando la comunicación mediante red inalámbrica, para así lograr una mejora en la

calidad de imagen y en la velocidad de transmisión de vídeo.

El sistema de operacibn del prototipo se efectúa utilizando un vídeo, que se obtiene

por una cámara web, la cual guarda la información en la computadora embebida al

vehículo y esta última transmite la señal por red inalámbrica a la computadora del

operador.

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MECATR~NICA

CAP~TULO 1 VEH~CULOS TELEOPERADOS

Introducción

Un vehículo teleoperado es aquél que puede ser controlado por un usuario desde una

estación remota.

- En este capítulo se hace mención de algunos vehículos teleoperados desarrollados I - - .

dentro del área de investigación, puntualizando sus características físicas y funcionales

más importantes.

En la parte mecánica, se describen los vehículos terrestres, el arreglo de ruedas, la

resistencia a la rodadura y la trasmisión con que cuenta el vehículo a desarrollar.

Finalmente se menciona el funcionamiento del servomotor de radiocontrol, las

características internas de un microcontrolador, así como al Lenguaje de programación,

que se utiliza para enviar instrucciones al microcontrolador y éste ejecute una tarea

determinada.

1.1 Historia de la teleoperación

Desde tiempos remotos, el hombre ha utilizando distintas herramientas para poder

aumentar el alcance de su capacidad de manipulación. En un principio, no se trataba

más que de utensilios rústicos para satisfacer las necesidades básicas del ser humano.

En la actualidad existen dispositivos más complejos, como las pértigas, que accionando

un enganche o pinza a distancia, permiten alcanzar objetos que se encuentran en

lugares de difícil acceso, pero no sólo se han utilizado herramientas para aumentar la

capacidad de manipulación en cuanto a distancia se refiere.

Estos desarrollos desembocaron finalmente en lo que se conoce como sistemas de

teleoperación maestro-esclavo, en los que un manipulador denominado esclavo

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIOP~AL i -1%

Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas 91 :? MECATR6NICA

reproduce fielmente los movimientos de un dispositivo o manipulador maestro,

controlado a su vez manualmente por un operador humano.

Se podrían considerar los primeros efectos en teleoperación cuando en 1948 se

desarrolla el primer sistema de manipulación maestro-esclavo, en el que ambos

manipuladores se encontraban acoplados mecánicamente con el fin de manipular un

material extremadamente radiactivo. A partir de estos momentos se desarrollan

manipuladores teleoperados de tipo eléctrico y controlado mediante servomotores.

El área de acción de la teleoperación cada vez es más grande y va adquiriendo mayor

importancia, las aplicaciones en la actualidad pueden ir desde la diversión y el

entretenimiento hasta el rescate de personas en peligro.

En los sistemas de teleoperación, la intervención del operador humano muchas veces

es imprescindible, en muchos casos, el operador está físicamente separado, es por tal

motivo que se requiere de un sistema de telecomunicación, entre los dispositivos que

utilizan directamente el operador y el sistema de control local del sistema.

La intervención del operador puede producirse en muchas formas diferentes, desde la

teleoperación directa de los actuadores de las articulaciones, hasta la simple

especificación de movimientos, o incluso de tareas, que se realizan de manera

automática en el entorno remoto.

Un importante avance en las tecnologías intrínsecas a la teleoperación, como son los

sistemas de telecomunicaciones, y la realidad virtual hacen un notable avance en las

aplicaciones en cuanto a teleoperación se refiere, se comienza a entrar en los ámbitos

de la telecirugía, en los que la precisión es muy importante, por otro lado se tiene la

teleoperación de vehículos exploradores en el espacio y en misiones de rescate entre

otras.

INSTITUTO POCIT~CNICO NAC)ONAL Unidad Profesional lnterdisciplinaria en Ingenieria y Tecnologias Avanzadas

MECATRdMlCA

1.2 Tipos de vehículos exploradores

Se pueden encontrar diferentes tipos de vehículos exploradores, los cuales pueden

desplazarse en diferentes entornos, dentro de los cuales se encontró la siguiente

clasificación:

h Terrestres

De ruedas

Articulares

De orugas

h Acuáticos

h Aéreos

3 Espaciales

1.2.1 Vehículos terrestres

'i. Los vehículos de ruedas son los más populares (ver figura 1 . A ) , ya que son más

sencillos de construir y la carga que pueden transportar es relativamente mayor.

Tanto los vehículos basados en cadenas, como en articulaciones, generalmente

se pueden considerar más complicados y pesados que los vehículos de ruedas,

para una misma carga Útil. Normalmente un vehículo de ruedas podrá

sobrepasar un obstáculo que tenga una altura no superior al radio de sus

ruedas.

Figura 1.1 Vehiculo de ruedas

- 3 -

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MECATRONICA

> Vehículos con tracción de orugas (ver figura 1.2), para los vehículos que vayan a funcionar en un entorno natural, las orugas son una opción muy buena, porque

permiten al vehículo superar obstáculos relativamente mayores, como piedras o

arena.

El principal inconveniente de las orugas es su deslizamiento sobre el terreno al

avanzar y al girar. Si la navegación se basa en ubicar la posición del vehículo y

el cálculo de posiciones futuras sin error, entonces las orugas acumulan tal

cantidad de error que hace inviable la navegación por este sistema, debido al

deslizamiento que acumulan.

Figura 1.2 Vehiculo con cadenas

9 Vehículos articulares (ver figura 1.3), potencialmente los exploradores articulares

pueden superar con mayor facilidad los problemas de los terrenos irregulares.

Es un sistema más complejo, principalmente por el número de grados de libertad

que requieren los sistemas articulares. Cada extremidad necesita como mínimo

un par de motores, lo que produce un mayor costo económico, así como una

mayor complejidad en construcción y menor fiabilidad.

INSTITUTO POLIT~CNICO NACJONA Unidad Profesional lnterdisciplinaria en Ingenietia y Tecnologias Avanzadas

MECATRONICA

Figura 1.3 Vehiculos articulares

1.2.2 Vehículos de ruedas

Los vehículos de ruedas son relativamente fáciles de controlar, tienen pocos problemas

para mantenerse en contacto con la superficie, usan menos energía por unidad de

distancia y son más veloces que los de extremidades. Los vehículos de ruedas

solamente pueden utilizarse sobre terrenos relativamente lisos y sólidos, si se quiere

utilizar el vehículo en terrenos irregulares las ruedas deben tener un tamaño mayor que

los obstáculos encontrados. El arreglo más común es de cuatro ruedas, éstas son

colocadas en posición rectangular en el chasis del vehículo y es necesario un sistema

de suspensión para asegurar que las ruedas estén en contacto con la superficie todo el

tiempo. Cuando el vehículo se desplaza en línea recta las cuatro ruedas tienen que

girar a la misma velocidad, en cambio al momento de dar vuelta las ruedas interiores

giran más lento que las ruedas exteriores.

1.2.3 Configuración Ackerman

La configuración Ackerman consiste en cuatro ruedas paralelas de tracción, de las

cuales dos son para la dirección, está configuración permite que la rueda delantera

interior en un giro tenga un ángulo ligeramente más agudo que la exterior evitando el

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIOWL ,- ,A< Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingenieria y Tecnologías Avanzadas 111 zc:

MECATRONICA

derrape de las ruedas y así asegurar un buen sistema de tracción, incluso en

terrenos inclinados.

Como se puede apreciar en la figura 1.4, las normales a ambas ruedas se cortan en un

punto, que se encuentra sobre la prolongación del eje de las ruedas traseras. Así, se

puede comprobar que las trayectorias de ambas ruedas para ángulos de giro

constantes son circunferencias concéntricas.

La relación entre los ángulos de las ruedas de dirección (ver figura 1.4) viene dada por

la ecuación de Ackerman:

cot 8, - cot 8, = d

(Ecuación 1) 1

donde:

8, = ángulo relativo de la rueda interior

8, = ángulo relativo de la rueda exterior

I = separación longitudinal entre ruedas

d = separación lateral entre ruedas

Figura 1.4 Configuración típica Ackerman.

1.2.4 Sistema de suspensión

Los sistemas de suspensión están formados por elementos elásticos que pueden ser

ballestas, barras de torsión o muelles, de ésta forma la unión de las ruedas al conjunto

del coche no es rígida. La función de la suspensión y el amortiguamiento es permitir

que las ruedas se adapten a la superficie del terreno y así absorber los choques o

sacudidas que reciben las ruedas al circular sobre irregularidades del terreno.

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MECATRONICA

Los vehículos pueden sufrir fundamentalmente tres tipos de oscilaciones durante la

marcha:

9 Cabeceo, se debe a las fuerzas de inercia durante la aceleración o frenado que

provocan una oscilación en torno al eje transversal del coche.

9 Balanceo, se debe a la fuerza centrífuga al tomar una curva y es una oscilación

en torno al eje longitudinal del coche.

9 Rebote o movimiento longitudinal del chasis.

El movimiento de un coche se estabiliza por tres elementos: los neumáticos que son los

que primeramente absorben parte de los impactos, los muelles y los amortiguadores,

siendo estos los más importantes.

Los muelles, o resortes helicoidales, son elementos elásticos deformables que

sostienen el peso del vehículo y su misión es absorber los impactos que sufren las

ruedas al colisionar sobre las irregularidades del terreno. Si los muelles estuvieran

solos, cuando la rueda recibiera el impacto, éste se transmitiría al muelle que se

comprimiría absorbiendo dicho impacto, a esto se llama compresión. Una vez

comprimido el muelle, este ha de "devolver" la energía recibida y tenderá a volver a su

forma inicial, produciéndose la extensión, pero si ésta no se controlara sería muy

brusca, la rueda rebotaría sobre el terreno y se produciría una sucesión de

compresiones-extensiones en movimientos oscilatorios que podría provocar saltos de

las ruedas, lo que sería perjudicial para la motricidad y estabilidad del coche. Ésta

acción adicional no es deseable pues ocasiona incómodos movimientos. Para reducir

este exceso de oscilaciones se utilizan los amortiguadores.

1.2.5 Resistencia a la rodadura

Si una rueda o un rodillo soportan una carga vertical sobre una superficie horizontal

rígida, una fuerza horizontal, por pequeña que sea, harán que la rueda o el rodillo

rueden sobre la superficie. Sin embargo, si un rodillo rueda sobre una superficie

INSTITUTO POLITECNICO NAW < px

Unidad Profesional Interdisciplinana en Irgenetia y Tecnolcgias Avanzadas - . MECATR~NICA

deformable, encuentra resistencia al movimiento por el hecho que la superficie

inmediatamente delante de la rueda se deforma.

En la figura 1.5 se ha dibujado un rodillo que soporta una carga vertical W. Sea P una

fuerza horizontal que hace que el centro del rodillo se mueva a velocidad constante.

Figura 1.5 Resistenda a la rodadura

Puesto que la superficie sobre la cual rueda el rodillo se deforma bajo éste, la presión

entre el rodillo y la superficie está distribuida sobre el área de contacto. La presión

resultante o reacción de la superficie sobre el rodillo para algún punto B situado en el

área de contacto, (figura 1.5), puesto que la velocidad del rodillo es constante, las tres

fuerzas que actúan sobre él, están en equilibrio y por consiguiente, la reacción R de la

superficie sobre el rodillo tiene que pasar por el centro O de éste. Tomando los

momentos de rotación se tiene el momento de rotación en el punto B, dado por M , :

(Ecuación 2)

INSTITU~O POLIT~CNICO NACHHUL Unidad Profesional lnterdisciplinaria en Ingeniefía y Tecnologías Avanzadas

MECATRdNlCA

Como la depresión casi siempre es pequeña OA es aproximadamente igual a r, siendo

r el radio del rodillo. Utilizando ésta aproximación y designado AB por a, el valor de P

será:

(Ecuación 3)

1.2.6 Transmisión y diferencial

La transmisión es una de las partes mecánicas más importante de los vehículos. Como

su nombre indica, su misión es transmitir o enviar el movimiento del motor a las ruedas.

En los vehículos eléctricos el movimiento del motor se transmite mediante el piñón de

ataque a la corona principal y eso supone una reducción en el número de revoluciones

del motor. La corona principal va unida mediante un eje a otro engranaje. En el caso de

los coches de tracción trasera, el engranaje es generalmente un piñón que engrana con

uno o más piñones, que a su vez transmitirán su movimiento circular al diferencial, y

éste a las ruedas.

En el caso de los vehículos de tracción en las cuatro ruedas, el eje de la corona irá

unido generalmente a una polea que mediante unas correas trasmitirá su movimiento a

los dos diferenciales.

El diferencial recibe la potencia del motor a través del eje de transmisión y la transmite

a las ruedas a través de los dos semiejes. El diferencial, (ver figura 1.6), permite que

las ruedas de un mismo eje giren a velocidades diferentes y transmitiendo a ellas,

aproximadamente, la misma fuerza. Cuando se recorre una curva, la rueda del lado

interior de la curva recorre una distancia notablemente inferior a la de la rueda externa.

Si no existiera el diferencial para compensar esta diferencia, el resultado sería que las

dos ruedas tendrían que girar a la misma velocidad haciendo que la del lado interno

terminará por patinar y así perder tracción.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL , , Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingenieria y Tecndogias Avanzadas ,e i ?a

MECATRONICA

Figura 1.6 El diferencial

1.3 Vehículos teleoperados

Existen muchas circunstancias en las cuales no es conveniente emplear personas para

la realización de algunas labores, debido al alto riesgo al que se exponen; por esta

razón se han desarrollado diversas herramientas o equipos que permiten reemplazar al

hombre al realizar estas operaciones a distancia. Dentro de estos equipos se

encuentran los vehículos teleoperados.

Los vehículos teleoperados son aquellos controlados por un usuario a distancia desde

una estación remota, este tipo de manejo supone una ventaja desde el punto de vista

de la protección y seguridad del usuario, ya que en caso de realizar trabajos en

ambientes inseguros, como en el manejo de sustancias potencialmente peligrosas,

como químicos o explosivos, no se arriesga su integridad física.

El sistema de teleoperación consta, básicamente, de los siguientes elementos, (ver

figura 1.7):

& Operador o teleoperador: persona que realiza a distancia el control de la

operación.

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MECATRÓNICA

9 Dispositivo teleoperado: Es el dispositivo que se encuentra en la zona remota y

que está siendo controlado por el operador.

9 Interfaz: conjunto de dispositivos que permiten la interacción del operador con el

sistema de teleoperación. Se considera al manipulador maestro como parte de la

interfaz, así como a los monitores de vídeo, al sistema de reconocimiento de

voz, o a cualquier otro dispositivo que permita al operador mandar información al

sistema y recibir información del mismo.

9 Control y canales de comunicación: conjunto de dispositivos que envían y

reciben el conjunto de señales que se transmiten entre la zona remota y la local.

Generalmente se contará con una o varias unidades de procesamiento.

9 Entorno remoto: Sitio en el cual el dispositivo teleoperado ejecuta las

instrucciones del teleoperador

J I,,,,,,,,,,,! Esclavo Remoto Maestro

Figura 1.7 Elementos principales de un sistema teleoperado

La forma habitual de trabajar con un sistema básico de teleoperación es la siguiente:

El operador realiza a distancia el control de la operación, para indicar las acciones que

debe reproducir el dispositivo en el entorno remoto. Como ésta zona suele estar a una

considerable distancia, es necesario contar con algún tipo de interfaz visual que le

permita ver los objetos del entorno.

"B INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL ../\ ;,>L. Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas - *,- 'M MECATR~NICA 1.4 Vehículos exploradores teleoperados, tecnología existente

1.4.1 Vehículo Laimuz

El vehículo Laimuz (ver figura 1.8), cuenta con un sistema de comunicación

bidireccional, desarrollado para ser utilizado como vehículo de inspección con las

siguientes características:

9 Tracción en las cuatro ruedas

b Sistema de suspensión independiente a cada rueda

b Velocidad máxima: 20 Kmlh

9 Autonomía: 2 horas de energía

i. Funciones adicionales: bocina, luces, etc.

b Alcance máximo: 200 m

9 Canal de vídeo

Figura 1.8 Vehículo Laimuz

e INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - f' t2 Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingenieria y Tecnologías Avanzadas - % MECATRONICA 1.4.2 Explorador espacial

El Opportunity (ver figura 1.9) ha recorrido más de 800 metros y ha enviado a la Tierra

más de 15 gigabytes de información, entre las que se encuentran cerca de 13,000

imágenes.

Su velocidad estimada es de unos 40 metros al día, aunque las dificultades en el

terreno y los diferentes trabajos de investigación no han permitido que se mantenga

constante. En cuanto a su potencia, se calcula que en conjunto puede producir de 600

a 900 watts de energía.

Figura 1.9 Opportunity

Este vehículo cuenta con un sistema de tracción en las cuatro ruedas, con motores

eléctricos que van adosados a cada una de sus seis ruedas, cuatro de las cuales (las

dos del eje delantero y las traseras) son directrices. Esto los dota de una gran

movilidad y maniobrabilidad en la superficie marciana. Sobre el cuerpo del vehículo, se

encuentran cuatro cámaras que sirven para detectar obstáculos y así poder evitarlos.

INSTITUTO POLITECNICO N A ~ Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniwia y Tecnologías Avanzadas

MECATR~NICA

1.5 Microcontroladores

1.5.1 Concepto de microcontrolador

Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres

unidades funcionales de una computadora: CPU, memoria y unidades de entrada y

salida

vcc S o h a r e n

110 Control

Figura 1.1 0 Esquema de u n microcontrolador

En el esquema (ver figura 1 . lo), se observa al microcontrolador como una computadora embebida a un circuito integrado, con su Unidad Central de

Procesamiento (CPU), buses, memoria y puertos de entrada salida. En la parte externa

del encapsulado se ubican otros circuitos para completar periféricos internos y

dispositivos que pueden conectarse a los pines de entradalsalida.

También se conectarán a los pines del encapsulado la alimentación, masa, circuito

oscilador y otros circuitos necesarios para que el microcontrolador pueda trabajar. Este

dispositivo se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y

debido a su reducido tamaño suele ir incorporado en el propio dispositivo al que

gobierna.

En la memoria del microcontrolador sólo reside un programa destinado a gobernar una

aplicación determinada; sus líneas de entradalsalida soportan el conexionado de los

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL , > Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniería y Tecnologias Avanzadas

MECATR6NlCA

sensores y actuadores del dispositivo a controlar. Una vez programado y configurado el

microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

1.5.2 Arquitectura interna

Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene las unidades funcionales de

una computadora y sus principales partes son:

9 Procesador

> Memoria no volátil para contener el programa 9 Memoria de lectura y escritura para guardar los datos

9 Líneas de entradalsalida para los controladores de periféricos

9 Comunicación paralelo

9 Comunicación serie

9 Diversas puertas de comunicación (bus 12C, USB, etc.)

k Recursos auxiliares

9 Circuito de reloj

9 Temporizadores

9 Perro guardián (watchdog)

P Conversores AD y DA

9 Protección ante fallos de la alimentación

9 Estado de reposo o de bajo consumo

1.5.3 Lenguaje máquina

El lenguaje que entienden los microcontroladores es el sistema binario. Cualquier

instrucción que deba ser ejecutada por el microcontrolador debe ser expresada en éste

sistema. Dicha codificación binaria resulta compleja, por lo que muchas veces se utiliza

la codificación hexadecimal, esto para facilitar la interpretación de los códigos máquina

y no saturar la pantalla de unos y ceros.

INSTITUTO POCIT~CNICO NACIONAL '7 J?.

Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniería y Tecnologias Avanzadas + A MECATRONICA

- --

El código máquina, un simple patrón de bits resulta complejo y poco legible para el ser

humano, es por esto, que para ingresar las instrucciones o tareas que realizará el

microcontrolador es indispensable un lenguaje ensamblador, que reemplazará los

valores binarios por símbolos denominados mnemónicos, los cuales son directamente

traducibles al lenguaje máquina.

1.6 Servomotores

Un servomotor es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en

cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse en dicha

posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un

circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una

vuelta completa.

Los servomotores tienen tres terminales, la terminal positiva es utilizada para

alimentación de voltaje, la terminal negativa se utiliza para la tierra del motor, y

finalmente, la de entrada por la cual recibe la señal PWM (Pulse Width Modulation).

Dentro del servomotor, una tarjeta controladora le indica a un motor de corriente directa

cuántas vueltas girar para acomodar la flecha del motor, en la posición que se le ha

Indicado (ver figura 1.1 1).

I

, Juogo de engranes

~es'sten>>A-w ( 2 Kn en este motor )

1 : M@ de CD 1 :

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Cub ert3 ~rdeiior '

Figura 1.1 1 Servomotor

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL Unidad Profesional lnterdisciplinaria en lngenieria y Tecnologias Avanzadas

MECATRONICA

Un servomotor tiene un eje de rendimiento controlado, este puede ser llevado a

posiciones angulares especificas al enviar una señal codificada, mientras la señal

exista en la línea de entrada, el servomotor mantendrá la posición angular del

engranaje. Cuando la señal codificada cambia, la posición angular de los piñones

cambia.

Es importante destacar que para que la flecha de un servo se mantenga en la misma

posición durante un cierto tiempo, es necesario enviarle continuamente el pulso

correspondiente. De éste modo, si existe alguna fuerza que le obligue a abandonar

esta posición, intentará resistirse. Si se deja de enviar pulsos entonces el servomotor

perderá fuerza y dejará de intentar mantener su posición, de modo que cualquier fuerza

externa podría desplazarlo.

~NSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL Unidad Profesional lnterdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

MECATRONICA

CAPITULO 2 COMUNICACIÓN INALÁMBRICA

Introducción

El simple hecho de ser humanos hace indispensable establecer medios para estar

comunicados. Por eso la gran importancia de la transmisión y la recepción de

información, por lo que es necesario establecer medios de comunicación eficaces. Una

de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la de poder

comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica.

2.1 Comunicación inalámbrica

La comunicación inalámbrica, es el tipo de comunicación en la que no se utiliza un

medio de propagación físico alguno que comunique cada uno de los extremos de la

transmisión. En ese sentido, los dispositivos físicos sólo están presentes en los

emisores y receptores de la señal. Actualmente las transmisiones inalámbricas

representan una eficaz y poderosa herramienta que permite la transferencia de video,

voz y datos sin tableado. Las redes inalámbricas facilitan la operación en lugares

donde la computadora no puede permanecer en un sólo sitio.

2.2 Protocolos TCP y UDP

lnternet usa el protocolo TCP (Transmision Control Protocol), éste se encarga de recibir

paquetes de información y redirigirlos al usuario final que los solicitó. Este protocolo

posee una característica que UDP (User Datagram Protocol) no tiene, TCP puede

verificar que el paquete de información haya llegado con éxito al destinatario final,

concretando así la transacción. Por el contrario UDP no puede hacer esto, sólo manda

el paquete con la información y no verifica que haya llegado satisfactoriamente la

información al destinatario.

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Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingenieria y Tecnologias Avanzadas 5 MECATRONICA

2.3 Transmisión del vídeo

La transmisión de video se lleva a cabo utilizando el modelo OS1 (Open Sysfems

Inferconnecfion) que es la propuesta que hizo la ISO (Infernational Organizafion for

Sfandardizafion), para estandarizar la interconexión de sistemas abiertos. Un sistema

abierto se refiere a que es independiente de una arquitectura específica. El modelo se

compone de un conjunto de estándares ISO relativos a las comunicaciones de datos.

El modelo puede ser considerado una arquitectura, ya que no especifica el protocolo

que debe ser usado en cada capa, sino que suele hablarse de modelo de referencia.

Este modelo está dividido en siete capas, (ver figura 2.1).

Figura 2.1 Capas del modelo OS1

/' /

2.3.1 Capa física

7. - Capa da Aplicaddn &-Capa & P n r m h d h

5.-Cqa deSedón

4. - Capa do TRaipoato &-Capa &Red

2 - C q a da Enlace 1. - capa n h ~

La capa física es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio

utilizado para la transmisión. Ésta se ocupa de las propiedades físicas y características

eléctricas de los diversos componentes; de la velocidad de transmisión. Así como de

los aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de

las señales eléctricas y electromagnéticas.

1

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL -61 Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingenieria y Tecnologias Avanzadas , t f i MECATRONICA

2.3.2 Capa de enlace

El medio debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores. Debe crear y

reconocer los límites de las tramas, así como resolver los problemas derivados del

deterioro, pérdida o duplicidad de las tramas. También debe incluir algún mecanismo

de regulación del tráfico que evite la saturación de un receptor que sea más lento que

el emisor.

2.3.3 Capa de red

El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino,

aun cuando ambos no estén conectados directamente. Es decir que se encarga de

encontrar un camino manteniendo una tabla de enrutamiento, para hacer llegar los

datos al destino.

2.3.4 Capa de transporte

Su función básica es recibir los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en

pequeñas unidades y pasarlos a la capa de red. El modelo OSI, también se asegura

que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Otra característica a

destacar es que debe aislar a las capas superiores de las distintas posibles

implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores, lo que la convierte en

el corazón de la comunicación.

En ésta capa se proveen servicios de conexión para la capa de sesión, que serán

utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Estos

servicios estarán asociados al tipo de comunicación empleada, la cual, puede ser

diferente según el requerimiento que se le haga a la capa de transporte.

La comunicación puede ser manejada para que los paquetes sean entregados en el

orden exacto en que se enviaron, asegurando una comunicación punto a punto libre de

4% INSTIT~O POLIT~CNICO NACIONAL - Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas - 2 =

MECATRONICA

errores, o sin tener en cuenta el orden de envio. Una de las dos modalidades debe

establecerse antes de comenzar la comunicación para que una sesión determinada

envíe paquetes, y ése será el tipo de servicio brindado por la capa de transporte hasta

que la sesión finalice. De la explicación del funcionamiento de esta capa se desprende

que no está tan encadenada a capas inferiores como en el caso de las capas 1 a 3,

sino que el servicio a prestar se determina cada vez que una sesión desea establecer

una comunicación. Todo el servicio que presta la capa está gestionado por las

cabeceras que agrega al paquete a transmitir. Para finalizar, se puede definir a la capa

de transporte como la encargada de efectuar el transporte de los datos de la máquina

origen a la destino, independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando.

2.3.5 Capa de sesión

Esta capa ofrece varios servicios que son cruciales para la comunicación, como son:

9 Control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor (quien

transmite, quien escucha y el seguimiento de ésta).

9 Control de la concurrencia (que dos comunicaciones en la misma operación

no se efectúen al mismo tiempo).

P Mantener puntos de verificación (checkpoints), sirven para que ante una

interrupción de transmisión, la misma se pueda reanudar desde el último

punto de verificación en lugar de repetirla desde el principio.

Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa, es la capacidad de asegurar que dada

una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las

operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción.

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MECATRONICA

2.3.6 Capa de presentación

El objetivo de esta capa, es encargarse de la representación de la información, de

manera que, aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones

internas de caracteres, sonido o imágenes; los datos lleguen de manera reconocible.

Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación, en ella se

tratan la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas

computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.

Por lo tanto, se define a esta capa como la encargada de manejar las estructuras de

datos abstractos y realizar las conversiones de representación de datos necesarias

para la correcta interpretación de los mismos.

2.3.7 Capa de aplicación

Esta capa ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las

demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar

datos, como correo electrónico, gestores de bases de datos y servidor de ficheros.

2.3.8 Capa física

El aire es el medio físico por el cual viajará la información contenida en ondas

electromagnéticas, llevando la información de un punto a otro sin necesidad de un

medio físico guiado, con esto se logra dotar al vehículo de una amplia libertad de

movimientos, los dispositivos utilizados son:

9 Adaptador de red inalámbrico: Para la computadora embebida, se utiliza una

tarjeta PCMCIA, que es un dispositivo normalmente utilizado en

computadoras portátiles para expandir las capacidades de éste. Estas

tarjetas reciben su nombre del estándar PCMCIA (Personal Computer

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MECATR~NICA

Memory Card lnternational Association), asociación de la industria de

fabricantes de hardware para computadoras portátiles encargada de la

elaboración de estándares.

P Tarjeta de red o NIC: (Nefwork Interface Card), dispositivo electrónico que

permite a una computadora o impresora acceder a una red y compartir

recursos entre dos o más equipos (discos duros, cd-rom, etc). Las tarjetas de

red Ethernet pueden variar en función de la velocidad de transmisión,

normalmente 10 Mbps o 100 Mbps. Esta tarjeta será conectada a la

computadora de escritorio, aunque también es posible el uso de una tarjeta

de red inalámbrica.

2.3.9 Capa de enlace de datos

Dentro de esta capa se hace uso de dos estándares, el IEEE 802.3 propio de una red

Ethernet, que es utilizado por la computadora de escritorio, y el IEEE 802.1 1, que es un

estándar para redes inalámbricas Wi-Fi, acrónimo de Wireless Fidelity, que se ocupa

en el enlace de la computadora embebida.

2.3.10 Capa de red

En esta capa se encuentra una parte importante del equipo de interconexión: el

enrutador o encaminador, el cual interconecta la red Ethernet con la Wi-Fi, la cual hace

pasar paquetes de datos entre redes tomando como base la información de la capa de

red.

El enrutador toma decisiones lógicas con respecto a la mejor ruta para el envio de

datos a través de una red interconectada y luego dirige los paquetes hacia el segmento

y el puerto de salida adecuados. Sus decisiones se basan en diversos parámetros, una

de las más importantes es decidir la dirección de la red hacia la que va destinado el

paquete. Otras decisiones, son la carga de tráfico de red en las distintas interfaces de

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MECATRdNlCA - --

red del encaminador, y establecer la velocidad de cada uno de ellos, dependiendo del

protocolo que se utilice.

Se hace uso del protocolo IP (Internet Protocol), que es un protocolo no orientado a

conexión, usado tanto por el origen, como por el destino para la comunicación de datos

a través de una red de paquetes conmutados. Los datos en una red basada en IP son

enviados en bloques conocidos como paquetes o datagramas (en el protocolo IP estos

términos se suelen usar indistintamente).

El protocolo de lnternet provee un servicio de datagramas no fiable, también llamado

del mejor esfuerzo (best effort). La IP no provee ningún mecanismo para determinar si

un paquete alcanza o no su destino y únicamente proporciona seguridad (mediante

checksums o sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos

transmitidos. Al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría llegar

dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o simplemente no

llegar.

Las cabeceras IP contienen las direcciones de las máquinas de origen y destino, las

famosas direcciones IP, direcciones que serán usadas por el enrutador para decidir el

tramo de red por el que reenviará los paquetes.

2.3.1 1 Capa de transporte

Se hace uso del protocolo RTP (Real Time Protocol) en conjunto con UDP (User

Datagram Protocol). El UDP es un protocolo basado en el intercambio de paquetes.

Permite el envío de paquetes a través de la red sin que se haya establecido

previamente una conexión, ya que el propio paquete incorpora suficiente información

de direccionamiento en su cabecera. Se utiliza ya que al transmitir voz o vídeo, resulta

más importante transmitir a mayor velocidad, que garantizar el hecho de que lleguen

absolutamente todos los bytes, como se hace en el caso de TCP (Transmission Control

Protocol) .

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MECATR~NICA

2.3.12 Capa de sesión

La sesión que se establece entre los dos equipos es del tipo RTP, el cual es un

protocolo utilizado para la transmisión de información en tiempo real, como por ejemplo

audio y vídeo en una transmisión de video-conferencia.

2.3.13 Funcionamiento de RTP

Para el uso de vídeo en la comunicación, el emisor envía datos de video en partes

pequeñas, con una duración de alrededor de 20 ms. Cada pedazo de datos es

precedido por un paquete "jefe" RTP; El jefe RTP y los datos alternadamente se

contienen en un paquete UDP. El jefe RTP indica qué tipo de codificación de vídeo (tal

como Cinepak, MPEG-1, JPEG) contiene cada paquete, de modo que el remitente

pueda decodificar y reproducir la información durante la sesión.

En internet como en otras redes, el paquete pierde de vez en cuando información, llega

en un orden distinto, o simplemente no llega. Esto genera retrasos por cantidades de

tiempo variables. Para hacer frente a estos problemas, el jefe RTP contiene la

información de la sincronización y un número de serie que permite que los receptores

reconstruyan la información que produjo la fuente. El número de serie se puede utilizar

también para estimar cuántos paquetes se están perdiendo.

2.3.14 Capa de presentación

En ésta capa se comienzan a manejar los datos útiles que han sido recibidos de la

capa de sesión RTP, interpretarlos y darles un formato correcto de salida, como los

datos RTP fueron generados por JMF, es éste mismo el encargado de decodificar

estos datos para que puedan ser reproducidos como un vídeo.

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MECATR~NICA

2.3.15 Capa de aplicación

Para la reproducción del vídeo se utiliza la tecnología streaming, para aligerar la

descarga y ejecución de audio y vídeo en la web, ya que permite escuchar y visualizar

los archivos mientras se están descargando.

Si no se utilizara streaming para mostrar un contenido multimedia en la red, se tendría

que descargar primero el archivo entero en la computadora y más tarde ejecutarlo, para

finalmente ver y oír lo que el archivo contiene. Sin embargo, el streaming permite que

ésta tarea se realice de una manera más rápida y que se pueda ver y escuchar su

contenido durante la descarga.

El streaming funciona de la siguiente manera. Primero la computadora cliente conecta

con el servidor y éste le empieza a mandar los paquetes. El cliente comienza a recibir

los paquetes y construye un buffer donde guarda la información. Cuando se ha llenado

el buffer con una pequeña parte del archivo de vídeo, el cliente lo empieza a mostrar y

a la vez continúa con la descarga. El sistema está sincronizado para que el vídeo se

pueda ver mientras que el resto de los paquetes continúan descargándose, de modo

que cuando el video acaba de descargarse también ha terminado de visualizarse. Si en

algún momento la conexión sufre descensos de velocidad, se utiliza la información que

hay en el buffer, de modo que se puede esperar un poco el descenso. Si la

comunicación se interrumpe demasiado tiempo, el buffer se vacía y la ejecución del

vídeo se cortaría también hasta que se restaure la comunicación.

Un buffer es una ubicación de memoria en una computadora o en un instrumento digital

reservada para el almacenamiento temporal de información digital, mientras que está

esperando ser procesada. El tamaño del buffer ocupado en el lenguaje de

programación Java es de 270ms, suficiente para almacenar cuatro cuadros de vídeo,

no se requiere de un buffer mayor, debido a las ventajas que ofrece RTP.

lNSTlTUT0 POLIT~CNICO NACIONAL L/> Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingenteria y Tecnologias Avanzadas * fa

MECATRONICA

El streaming, como casi todos los protocolos de la capa de aplicación, utiliza la

arquitectura cliente-servidor. Un servidor es una aplicación que ofrece un servicio a

usuarios de internet, un cliente es el que pide ese servicio. En éste caso el servidor

será la computadora embebida y el servicio que ofrecerá será la transmisión del vídeo

captado por la cámara web. El cliente será la computadora de escritorio que pedirá ver

el vídeo captado.

2.4 Dirección de internet

El protocolo IP identifica a cada ordenador que se encuentre conectado a la red,

mediante su dirección correspondiente. Esta dirección es un número de 32 bit que debe

ser único para cada host, y normalmente suele representarse con cuatro cifras de 8 bits

separadas por puntos.

La dirección de internet (IP Address) se utiliza para identificar tanto a la PC, como la

red a la que pertenece, de manera que sea posible distinguir las computadoras que se

encuentran conectadas a una misma red.

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MECATR~NICA

CAP~TULO 3 SISTEMA MECÁNICO Y ELECTRÓNICO

Introducción

En este capítulo se describe los aspectos iniciales del prototipo Vehículo Terrestre de

Exploración, los cuales son estudio de mercado, adquisición del vehículo y el control

del servomotor de radiocontrol.

También se hace mención de la construcción del eslabón como parte de la suspensión

del vehículo, para garantizar que la rueda se mantenga en contacto con el terreno en el

que se desplace.

3.1 Estudio de mercado

La primera etapa a desarrollar, fue la adquisición de un vehículo a radio control, para

esto se hizo una comparación y cotización de los distintos modelos existentes en el

mercado.

Se buscó en lnternet vehículos de modelismo a radio control y se encontró una gran

variedad. Como se pretende montar ciertos dispositivos al vehículo, tales como una

cámara web y una computadora portátil, se necesita un vehículo con motores potentes

y que las pilas que suministren energía sean las adecuadas y se llegó a la conclusión

que lo ideal para el prototipo es una camioneta equipada con ruedas que cuenten con

el tamaño necesario para el terreno a explorar. Dentro de éstas se mostrarán algunos

modelos.

)í. Blackfoot Xtreme 2x4, fabricante Tamiya, Kit para montar, incluido emisor,

receptor, servos y batería, (ver figura 3.1).

Figura 3.1 Blackfoot Xtreme 2x4

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Unidad Profesional Interdisc~plinaria en Ingenieria y Tecnolcgias Avanzadas . Y $ e.- MECATRONICA

9 Xb2 Over Lander:

Fabricante Tamiya, totalmente montado y pintado (ver figura 3.2).

9 Longitud: 431 mm

9 Ancho: 310mm

9 Altura: 218mm

9 Tipo de Transmisión: 2WD

9 Motor 540.

P Diámetro de ruedas: 130mm

Figura 3.2 Xb2 Over Lander

9 Monstertruck

Puede conducirse en cualquier área, fango, piedras, o pendientes

grandes. Con su impulsión óptima (diferencial), con un óptimo chasis y

resortes. Con neumáticos de 120mm (ver figura 3.3).

Figura 3.3 Monstertruck

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MECATRONICA

3.2 Adquisición del vehículo

Al hacer las cotizaciones y realizar un balance de las ventajas y desventajas que otorga

cada vehículo, se observó que los modelos existentes en el mercado nacional, acordes

al presupuesto planteado originalmente, no cumplen con las expectativas necesarias

para el prototipo Vehículo Terrestre de Exploración. Cotizando en el mercado

internacional, se encontró que los vehículos proporcionan distintitas características

(transmisión, diferencial, baterías, motores, servomotores, neumáticos, amortiguadores,

resortes y muelles) ya que son diseñados para tener un desempeño acorde al terreno

en el cual se va a utilizar.

De acuerdo a las cotizaciones, se observó que el presupuesto destinado al vehículo no

es suficiente para adquirir un modelo adecuado al prototipo, así que se decidió acudir al

Centro de Servicios Experimentales del Departamento de Control Automático del

CINVESTAV, para solicitar asesoría y se hizo el contacto con el Dr. Alberto Soria, quien

decidió otorgarnos apoyo técnico y la facilidad de continuar con un proyecto que él ha

iniciado, facilitando el uso del vehículo, así como los medios por los cuales se

desarrolló la transmisión de vídeo y el control de los servomotores. El coche de

radiocontrol mencionado anteriormente tiene las siguientes características:

3.3 Clod Buster 4WD

Fabricante: Tamiya.

El Clod Buster de Tamiya (ver figura 3.4), es una camioneta todo terreno cuyas

características son las siguientes:

9 Dos transmisiones

P Ocho amortiguadores, dos por rueda

9 Escala 1 :10

9 Chasis de poliestireno (plástico).

9 Estructura de resina de poliestireno

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MECATRONICA

9 Base de las llantas: 10.63 pulgadas (280mm)

9 Banda frontal: 10.63 pulgadas (280mm)

9 Banda trasera: 10.63 pulgadas (280mm)

9 Dos motores 540, con piñón de 13 dientes

9 Tracción en las 4 ruedas

P Dos cajas de diferenciales

9 Tipo de diferencial : engranaje cónico

9 Tipo de neumáticos: neopreno blanco con dibujo tipo V

REQUERIMIENTOS

9 2 canales de radio de alta duración

9 6 baterías níquel cadmio

9 1 cargador

ESPECIFICACIONES

9 Longitud: 18.9"

P Ancho: 14.2"

9 Altura: 13.4"

P Base de los neumáticos: 10.5"

9 Peso: 9.6 libras

Figura 3.4 Clod Buster 4Wü

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MECATR6NICA

Por las características mecánicas correspondientes a la doble transmisión, tipo de

diferencial, tracción en las cuatro ruedas y el sistema de suspensión que éste vehículo

posee, se considera que no es conveniente realizar ningún tipo de modificación al

sistema, únicamente fue desmontada la carcasa, para colocar una placa de acrilico,

sobre la cual se implementó un sistema de adquisición y transmisión de vídeo

(computadora embebida y cámara web), la carga requerida para el funcionamiento del

proyecto Vehículo terrestre de exploración.

3.4 Elaboración del sistema mecánico

El sistema mecánico mantiene las características originales, solo se adaptó un sistema

de amortiguamiento. Para la construcción del mecanismo de amortiguamiento se

utilizaron aluminio y acrilico, para los eslabones a utilizar se seleccionaron ruedas con

capacidad de carga cada una de sesenta kilogramos de peso, se montaron las llantas

después del proceso de torneado que se realizó para dejarlas sin tantas imperfecciones

para su rodamiento.

El diseño de los eslabones (ver figura 3.5), cuenta con cavidades especiales para

colocar los rodamientos, utilizando una barrera para evitar el desplazamiento de los

mismos.

Figura 3.5 Diseño de eslabón

La suspensión está construida con un sistema resorte amortiguador, para cada

eslabón, diseñado para garantizar que la rueda se mantenga en contacto con el terreno

INSTITUTO POCITECNICO NACIONAL *J?.

Unidad Profesional lnterdisciplinana en lngeniena y Tecnologias Avanzadas . os I;. MECATR~NICA

en el que se desplace el vehículo, absorbiendo los impactos que lleguen directos a las

ruedas.

3.5Coeficientes de fricción de la rodadura

Es importante conocer los coeficientes de fricción de las llantas en distintas superficies

(ver tabla 3.1), recordando la fórmula

(Ecuación 4)

En donde P es una fuerza horizontal que hace que el centro del rodillo se mueva a

velocidad constante. w es la carga vertical, r es el radio del rodillo y a es el coeficiente

de fricción de la rodadura.

Superficie a (centímetros) -" -- - - - - - .- - . -

Llantas neumáticas sobre buena carretera 0.051 a 0.056 .-.---....-....---..--e.... - - -..............-....-........-....... -......... .-....

Llantas neumáticas sobre camino enlodado ' O. 101 6 a O. 1524 ...................................................... . ...... .-.m.--- -..........-........-...

Llantas de caucho macizo sobre buena !

0.1016 carretera

i " - -- - -

Llantas de caucho macizo sobre camino "

0.2286 a 0.2794 enlodado

Tabla 3.1 Coeficientes de fricción de rodadura

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MECATRONICA

3.6 Microcontrolador PIC16F84A

Este dispositivo posee una memoria de programa de tipo Flash EEPROM de 1K

palabras de 14 bits cada una y dispone de 64 bytes de EEPROM como memoria de

datos auxiliar y opcional

La memoria EEPROM y la Flash pueden ser grabadas y borradas eléctricamente, lo

que permite escribir y borrar el programa bajo prueba.

3.6.1 Aspecto externo

El PIC16F84A (ver figura 3.6), está fabricado con tecnología CMOS y encapsulado de

18 pines. Se comenta brevemente la misión de cada uno de los pines.

VDD : Pin por la que se aplica la tensión positiva de la alimentación.

9 Vss : Pin conectada a tierra o negativo de la alimentación.

9 OSCIICLKIN: Pin por la que se aplica la entrada del circuito oscilador externo que

proporciona la frecuencia de trabajo del microcontrolador.

9 OSC2lCLKOUT: Pin auxiliar del circuito oscilador.

9 MCLR#: Este pin se activa con nivel lógico bajo, lo que se representa con el símbolo

#. Su activación origina la reinicialización o reset del PIC. También se usa este pin

durante la grabación de la memoria de programa para introducir por ella la tensión,

V,,, que está comprendida entre 12 y 14 V cd.

Figura 3.6 PIC16F84A

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MECATR~NICA

> RAO-RA4: Son las 5 Iíneas de entradalsalida digitales correspondientes a la puerta A.

La Iínea RA4 multiplexa otra función expresada por TOCKI. En éste segundo

caso, sirve para recibir una frecuencia externa para alimentar al temporizador

interno TMRO.

> RBO-RB7: Estos 8 pines corresponden a las 8 líneas de entradalsalida digitales de la puerta B.

> La Iínea RBO multiplexa otra función, que es la de servir como entrada a una petición externa de una interrupción, por eso se le denomina RBOJINT.

3.7 Control del servomotor

Para poder establecer la dirección y posición del vehículo, es necesario controlar un

servomotor y por tanto conocer el rango de pulso que maneja, correspondiente a cada

posición de la flecha del motor.

Se desarrolló un programa en lenguaje ensamblador, para el microcontrolador

PIC16F84A-20/P, el cual sirve para controlar la posición de la flecha del servomotor

Hobbico C55, que controla el ángulo mediante una señal cuadrada moduladora de

ancho de pulso de 20 ms de periodo, que se aplica a su Iínea de control.

Para controlar el servomotor se envía una serie de pulsos para direccionar a cierto

ángulo la flecha del motor, el ángulo está determinado por la duración del pulso que se

aplica a Iínea de control. El servomotor recibe un pulso cada 20 milisegundos. La

longitud del pulso determinará los giros de la flecha del servomotor. Un pulso de 1.5

ms., hará que la flecha del servomotor se torne a la posición de 90 grados (llamada

posición neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces la flecha del servomotor se

acercará a los O grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercará a los 180

grados y algún valor entre ellos entrega un ángulo de salida proporcional (figura 3.7).

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MECATRÓNICA

l

'+j,

Posición Central 90' .\

Figura 3.7 Pulsos enviados al servomotor

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MECATR~NICA

CAPITULO 4 DESARROLLO DE VIDEOCOMUNICACION

Introducción

Los programas en lenguaje de programación Java pueden ejecutarse en cualquier

plataforma. Este lenguaje es dinámico ya que puede cargar un nuevo código de

cualquier parte de la red y compilarlo en el proceso.

El lenguaje de programación Java es seguro, ya que fue diseñado para proveer el

máximo nivel de seguridad en la red, además, se puede ejecutar en dispositivos

electrónicos que no necesariamente tienen que ser computadoras, por ejemplo:

microcontroladores, teléfonos celulares, PDA (Asisfenfes Digitales Personales), etc.

4.1 Desarrollo del programa de videocomunicación

Para desarrollar el software de videocomunicación se utilizó el lenguaje de

programación Java. (Java es una plataforma virtual de software) Los programas

creados en Java pueden ejecutarse sin cambios en diferentes tipos de arquitecturas y

dispositivos computacionales ("Windows, Linux, Solaris, etc").

La plataforma Java consta de las siguientes partes:

> El lenguaje de programación. > La máquina virtual de Java o JRE, que permite la portabilidad en ejecución. > Los APIJs Java, bibliotecas estándar para el lenguaje.

Los programas en Java son compilados a un lenguaje intermedio llamado bytecode,

que luego son interpretados por la máquina virtual de Java (JVM). Ésta última sirve

como una plataforma de abstracción entre la máquina y el lenguaje, permitiendo que se

pueda "escribir el programa una vez y correrlo en cualquier parte".

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL 9 Tt Unidad Profesional Interdisciplinana en Ingenieria y Tecnologias Avanzadas L.fi - -1 ;e

MECATR~NICA

Con la evolución de las diferentes versiones, no sólo se han producido cambios en el

lenguaje, sino que se han producido cambios mucho más importantes en sus

bibliotecas asociadas (APl's), que han pasado de unos pocos cientos en Java 1.0, a

más de tres mil en Java 5.0.

En este caso particular se hará uso de dos APl's en particular, JMF (Java Media

Framework) y JAI (Java Advanced Imaging).

El problema de la videocomunicación consta de dos partes, la primera es el desarrollo

del servidor Java, y la segunda el desarrollo del cliente Java. A continuación se

muestran las funciones que cada programa debe realizar (ver figura 4.1).

I Comenzar transmición a la IP H Codificar los datos Terminar sesión. especificada para ser enviados

Servidor Java

Figura 4.1 Funciones realizadas por el servidor Java

El servidor Java se encarga del establecimiento de la comunicación, así mismo de

obtener, codificar y enviar los datos de vídeo. El establecimiento de la comunicación

por red se realiza utilizando la dirección IP del cliente y un puerto de red, al cual

llegarán los datos. Un puerto de red es una interfaz para comunicarse con un programa

a través de una red. Los puertos de red suelen ser numerados y una cierta

implementación de protocolo de transmisión de red, en este caso UDP, asigna alguno

de esos números de puerto a la información que envía, la implementación del protocolo

en el destino utilizará ese número para decidir a que programa entregar los datos

recibidos.

,: lnlciar Ses,ón RTP -: L'$

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MECATRONICA

En UDP la combinación de un número de puerto y una dirección de red (dirección IP)

suele llamarse socket.

La obtención de las imágenes provenientes de la cámara web se realiza con la ayuda

del API JMF (Java Media Framework).

4.1.1 Java Media Framework

JMF (Java Media Framework) es una interfaz de programación de aplicaciones (API),

usada para desarrollar aplicaciones de vídeo conferencia basadas en la web.

Básicamente, en esta arquitectura, el cliente usa dos applets del JMF, uno para la

captura del audiolvídeo proveniente de la cámara web y la otra para reproducir el

audiolvídeo recibido. La captura es realizada durante un determinado intervalo de

tiempo predefinido (por ejemplo 30 S) y es almacenado de forma local en un archivo.

Este archivo es transmitido al servidor, donde es almacenado en un archivo con

formato Msvideo (AVI), o bien Quicktime (MOV). El applet del reproductor se conectará

al servidor y comenzará la descarga del contenido multimedia, reproduciendo de

manera continua los fragmentos de video que son recibidos.

La captura de estos datos multimedia puede ser de distintas fuentes, ya sea un archivo

almacenado en el equipo, o directamente de algún dispositivo de captura, como lo es

una cámara web. El formato que tiene la información entregada, depende en gran

medida del medio físico, hay cámaras web que entregan flujos de información poco

procesada, otras entregan la información en un formato comprimido y esto puede

acarrear costos computacionales.

4.1.2 Descripción de la arquitectura

La arquitectura del sistema de comunicación será muy similar a la de un sistema de

video conferencia web, esta implementada sobre HTTP donde un servidor central se

encargará de distribuir el contenido multimedia al cliente, aunque cabe destacar que es

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MECATRONICA

posible enviar el contenido multimedia a varios clientes. El servidor es alimentado por la

cámara web montada sobre el vehículo. El cliente ejecuta dos applets, una para la

captura del contenido multimedia proveniente del servidor y otra para la reproducción

de vídeo.

Los pasos para la captura del vídeo son los siguientes:

1. El applet encargado de la captura de las imágenes y sonidos provenientes de la

cámara web, se encuentra continuamente capturando y convirtiendo el

contenido en paquetes con los que se formarán las cadenas, estas cadenas de

datos se salvarán localmente en un formato específico cada pocos segundos.

Este archivo será montado sobre HTTP para ser enviado al servidor, durante el

proceso de envío una parte no significativa de datos se perderá por diversas

causas, como tráfico en la red, errores de sincronización, paquetes defectuosos

o no entregados a tiempo, etc. Una manera más eficiente con la cual se puede

evitar parte de esta pérdida, sería escribiendo directamente sobre algún socket

que estuviera ligado al servidor directamente, sin embargo, para esta aplicación

esto no es posible debido a que JMF se encarga de toda la gestión y control del

enlace con el servidor, así como de los tiempos de sincronización.

2. El servidor recibe un nuevo archivo proveniente del emisor y lo almacena

temporalmente con un nombre designado por un contador, estos archivos serán

enviados al cliente de acuerdo al orden de sus nombres.

3. El applet reproductor del J M F descarga nuevos archivos provenientes del

servidor web. Este applet reproduce de forma continua el archivo multimedia, sin

que sean evidentes los cortes de inicio y fin de los pequeños archivos

multimedia de los que está compuesto el total de la transmisión multimedia.

Cuando uno de estos trozos de clip se termine de descargar y esté listo para

comenzar a reproducirse, se crea un nuevo espacio de memoria para comenzar

la descarga del pedazo siguiente y este es descargado del servidor. En esta

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concatenación continua de trozos de vídeo, el clip siguiente siempre debe de

estar listo antes de ser reproducido, de lo contrario habrá pérdidas en el

fragmento que se esté reproduciendo y esto afecta los fragmentos

subsecuentes.

Desde el comienzo de la reproducción y durante todo el proceso de descarga y

concatenación de los nuevos fragmentos de vídeo recibidos, el reproductor

verifica la disponibilidad de un nuevo archivo para "n" segundos del tiempo total

preestablecido.

Presentación de la . ,Decodificación de los. :: Terminar sesión. :-.<

información datos

Figura 4.2 Funciones realizadas por el cliente Java

Cliente Java

En el desarrollo del programa en Java (ver figura 4.2), se crea una sesión de

comunicación RTP, a la espera de que los datos enviados por el servidor, lleguen y

sean correctamente identificados para su trasformación en la señal de vídeo

correspondiente.

Abrir puerto de destino

Es necesario, antes de decodificar los paquetes recibidos, identificar el medio o fuente

del que provienen estos datos, para establecer una correcta sincronización entre

ambos medios y así evitar la pérdida de paquetes, con esto se establece la conexión

entre ambas partes, en este caso una conexión punto a punto.

I: ~n ic ja r~es ión RTP -: )- :-: Estado de espera

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL Obtención de vídeo > Codificación > Envío > Recepción P Identificación de fuente

> Enlace P Obtención de nivel de codificación

> Decodificación > Reproducción

El bloque central, conocido como "servidor en Java", es una aplicación que se ejecuta

en una PC, en este caso, la computadora embebida al vehículo. Dicha aplicación tiene

la función de enviar comandos al bloque "microcontrolador", por medio del puerto

paralelo. Esta transmisión se realiza utilizando un API del lenguaje de programación

Java (Interfaz para la Programación de Aplicaciones), especializado en

comunicaciones. El servidor en lenguaje de programación Java, captura el vídeo

proveniente del bloque "cámara web" para almacenarlas en disco y10 enviarlas por un

socket a través de la red local o lnternet hacia el bloque "Cliente (G.U.I.)" (Interfaz

Gráfica de Usuario).

El servidor Java recibe comandos provenientes del bloque "cliente (G.U.I.)" para el

movimiento de los servomotores.

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El bloque "cliente (G.U.1)" consiste en una aplicación que se ejecuta en la computadora

de escritorio y tiene la función de proporcionar información general acerca del sistema.

El servidor Java recibe las secuencias de vídeo obtenidas de la cámara web, para ser

enviadas a la computadora de escritorio, lo anterior se realiza utilizando el API Java

Media Framework (JMF), que es una interfaz de programación de aplicaciones para

incorporar contenido multimedia dentro de aplicaciones y applets del lenguaje de

programación Java.

Este API proporciona las capacidades de captura y almacenamiento de datos de

multimedia, el procesamiento necesario para reproducir dichos datos de forma local, o

para transmitirlos por Internet.

4.1.3. Transmisión de video

Para la transmisión de vídeo por Internet, se hace uso del protocolo RTTP (Real Time

Transport Protocol), Protocolo Estándar de lnternet para el transporte de audio y vídeo.

Dicho protocolo está implementado dentro del API JMF y permite el desarrollo de

aplicaciones del lenguaje de programación Java, que manejen flujos de datos de

multimedia por Internet.

Solucionados estos problemas es posible enfocarse en la escritura de código Java para

la captura y transmisión del contenido multimedia. Se necesitan de cuatro etapas para

realizar éste proceso.

La fuente de datos, una abstracción que representa el audio, vídeo o la combinación

de ambos. Esta fuente de datos deberá ser un archivo o una cadena de elementos

multimedia y es construida por el director (Manager) y la locación del medio

multimedia (MediaLocator).

La clase reproductor, es usada para reproducir los archivos multimedia o las cadenas

streaming. El reproductor es construido del "MediaLocatoP o de una locación URL.

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Una vez que el estado del reproductor es "listo", lo único que se tendrá que hacer es

llamar a la función, para comenzar con la reproducción del archivo multimedia.

1. El procesador es un tipo de reproductor, usado para manipular los datos y

convertirlos de un formato a otro.

2. El director "Manager" es una de las clases más importantes del JMF. Maneja la

construcción de los reproductores, procesadores y fuentes de datos.

El servidor recibe los comandos de control para el vehículo provenientes de la

computadora de escritorio (cliente) a través de la red local. Estos comandos a su vez,

son enviados hacia el vehículo, para lo cual se hace uso del API de comunicaciones

(Java Comm) para establecer una comunicación paralela entre el servidor y el

microcontrolador.

Para poder acceder al control del sistema, se desarrolló un programa cliente con

interfaz gráfica, con la cual el usuario interactúa con el sistema. Este programa se

realizó bajo el esquema de applets de lenguaje de programación Java. De ésta

manera, se tiene la capacidad de ejecutar el programa cliente en una gran variedad de

computadoras conectadas a la red sin importar el sistema operativo o el tipo de

hardware sobre el que se esté trabajando.

Dentro de las funciones de éste programa cliente destacan, el poder visualizar en

tiempo real lo que ocurre dentro del espacio de visión de la cámara web.

La secuencia para realizar la captura del vídeo desde el JMF es la siguiente (ver figura

4.3):

Entracla Captura

Procesamiento Compresibn

Salida Presentación

Figura 4.3 Modelo de procesamiento para datos multimedia

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está conformada por cuadros de vídeo de tamaño y calidad específicos, la forma en

que se estructuran, se encuentra definida por el tipo de pista de vídeo que se trate. Los

datos multimedia contienen a menudo múltiples tipos de datos, llamados pistas, por

ejemplo, un archivo Quicktime puede contener una pista de vídeo y una pista de audio.

4.1.6 Salida

Para enviar los datos, previamente se creó una sesión RTP por la cual los datos ya

codificados, son enviados en paquetes UDP. JMF soporta la creación de sesiones

RTP, para que los datos sean enviados usando cualquier protocolo de red, sin embargo

en la mayoría de los casos se utiliza UDP, debido a las ventajas que ofrece para datos

multimedia en tiempo real.

Finalmente, se detiene el proceso y se cierra la sesión RTP. Esto se hace llamando

una función de paro, que se define previamente. Esta función se ejecuta

automáticamente después de 30 minutos, tiempo que dura la transmisión. Se escoge

éste lapso debido a que la carga en las baterías dura aproximadamente 60 minutos,

esto para que el sistema no falle por pérdida de energía, se detiene la transmisión en

éste intervalo.

4.1.7 Cliente Java

El cliente Java realiza las siguientes operaciones (ver figura 4.4),

Presentación de la , ,Decodificación de los :: Terminar sesión. :-*

información datos

Figura 4.4 Funciones realizadas por el cliente Java

Estado de espera ir ~ ~ i ~ i ~ ~ ~ e s i ó n RTP .- Abrir Puerto de destino .-.: .-:

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Se desarrolló un programa servidor, que muestra las imágenes enviadas por el

vehículo, las cuales pueden ser manipuladas. El programa comienza con la apertura de

la sesión RTP, y con el reconocimiento de los datos recibidos, para verificar si estos

tienen el formato correcto RTP.

Una vez abierta la sesión, se crea un buffer para el almacenamiento de los datos que

están en espera de ser decodificados y reproducidos, esto es parte del streaming. En

este caso el tamaño del buffer es de 350ms.

Los datos aún no llegan al destinatario, sólo se ha verificado la conexión RTP, ahora el

programa espera que los datos sean recibidos. Si es superado el tiempo establecido de

espera, (30 seg.) y los datos no han llegado, el programa se finaliza. Una vez que los

datos llegan, son almacenados en el buffer y después decodificados, la información

para la decodificación se encuentra en la cabecera de los paquetes RTP, con ésta

información el programa sólo tiene que utilizar el codificador-decodificador adecuado

para iniciar la reproducción.

4.1.8 Reproductor Java Media Framework (JMF)

Los pasos para desarrollar esta fase son:

1. Se construyen dos reproductores que reciben la información del servidor, el

primer reproductor muestra en pantalla el clip actual de vídeo y el segundo

reproductor se encarga de la descarga del siguiente clip y llegado el

momento de su reproducción.

2. Al llegar el fin del "clip", comenzará la reproducción. Un objeto llamado

EndofMediaEvent destruirá el "clip" anterior y creará un reproductor para el

nuevo "clip", estos pasos se repetirán continuamente.

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Con esto se completa el ciclo de emisión, recepción y reproducción del audiolvídeo. El

programa cliente y el programa servidor terminan con el cierre de la sesión RTP y de

los puertos utilizados, adicionalmente habrá que cerrar el reproductor.

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CAPITULO 5 INTEGRAC~ON DE SISTEMAS

Introducción

Para el proyecto Vehiculo Terrestre de Exploración se estudiaron diversos aspectos, en

el área mecánica referentes a la estructura del vehiculo, la cual cuenta con tracción en

las cuatro ruedas, transmisión de engranajes y diferenciales, un sistema de dos

amortiguadores por rueda y neumáticos que se ajustan a las superficies de prueba con

el máximo agarre, que son las necesidades básicas para asegurar la motricidad y

estabilidad en el vehículo, garantizando que así soporte los aditamentos que serán

instalados. En el área electrónica se utilizó un microcontrolador PIC que se programó

en lenguaje ensamblador, para controlar la velocidad y dirección del vehículo.

En el área de programación se desarrolló un programa en lenguaje Java, bajo la

estructura cliente-servidor, el cual mantiene la comunicación entre la computadora

embebida al vehículo y la computadora de escritorio, la cual es manipulada por el

operador.

5.1 FUNCIONAMIENTO DEL VEH~CULO TERRESTRE DE EXPLORACIÓN

Para el desarrollo del Vehiculo Terrestre de exploración es necesario instalar una

computadora embebida (servidor) y un equipo de adquisición de vídeo, por lo que es

indispensable que el vehículo cuente con una suspensión que absorba los impactos al

circular por las irregularidades del terreno, evitando dañar el equipo y a su vez impedir

la pérdida de información.

El vehículo puede transitar en terrenos relativamente sólidos (asfalto, terracería,

césped), con pendiente de aproximadamente 30', en donde la altura de las

irregularidades del terreno no exceda la medida del radio de las ruedas del vehículo,

otro punto importante es mantener la fuerza de tracción distribuida en las cuatro

ruedas, para evitar que derrape, se atasque o se atore durante el trayecto.

INSTITUTO POLIT~CNICO NACIONAL , Unidad Profesional lnterdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas '"A 2s 1+%

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Estudiando el sistema mecánico que presenta el vehículo, (dos transmisiones,

diferencial, ocho amortiguadores, tracción en las cuatro ruedas). Se concluyó que las

especificaciones mecánicas del vehículo son las necesarias para el desarrollo del

proyecto.

Figura 5.1 Estructura mecánica Clod Buster 4WD

El sistema de comunicación está implementado sobre HTTP, el cual utiliza la

arquitectura cliente-servidor. Un servidor es una aplicación que ofrece un servicio a

usuarios de Internet, un cliente es el que pide ese servicio. En éste caso el servidor

será la computadora embebida y el servicio que ofrecerá será la transmisión del vídeo

captado por la cámara Web. El cliente será la computadora de escritorio que pedirá ver

el vídeo captado.

El problema de la videocomunicación consta de dos partes, la primera es el desarrollo

del servidor Java. El servidor Java se encarga del establecimiento de la comunicación,

así mismo de obtener, codificar y enviar los datos de vídeo.

El establecimiento de la comunicación por red se realiza utilizando la dirección IP del

cliente y un puerto de red, al cual llegarán los datos. Un puerto de red es una interfaz

para comunicarse con un programa a través de una red.

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