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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“Diseño e Implementación de un Dispositivo de Reconocimiento Aéreo
utilizando Mecatrónica y Robótica”
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR: WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO
TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
II
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO “ Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando Mecatrónica y
Robótica ”
AUTOR: Walter Gustavo Macao Quichimbo REVISORES: Ing. Darwin Patiño
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2014 N° DE PÁGS.: 167
ÁREA TEMÁTICA: Robótica
PALABRAS CLAVES: Uav, Robótica, Mecatrónica, Dispositivo de reconocimiento aéreo
RESUMEN: El diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo es de gran beneficio para la exploración de
pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso ya que supone riesgo para la integridad del hombre o los
costos que ello implica. Explicar en qué consiste el diseño de un dispositivo aéreo, sus ventajas y desventajas,
costo de implementación. La metodología aplicada en el proyecto de investigación fue la bibliográfica y la de
campo, se utilizó la técnica documental y la de campo con sus respectivos instrumentos los cuales fueron: la
ficha bibliográfica, la hemerográfica, el cuestionario que se aplicó a los ciudadanos que pudieren utilizar dicho
dispositivo. El contenido de este proyecto comprende lo que son en sí los dispositivos aéreos, su historia, los
fundamentos de robótica y mecatrónica, las propiedades de los elementos eléctricos y electrónicos, los elementos
físicos a considerar en un vuelo, tipos de tarjetas electrónicas para controlar el vuelo, las aplicaciones que se
pudieran dar a este dispositivo, la implementación del dispositivo sus pruebas de campo con o sin el instrumento
para capturar imágenes.
N° DE REGISTRO(en base de datos): N° DE CLASIFICACIÓN:
Nº
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF X SI
NO
CONTACTO CON AUTOR: Walter Gustavo Macao Quichimbo
Teléfono:
072421331
E-mail:
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre: Universidad Estatal de Guayaquil
Teléfono:
III
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO
UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, elaborado por el Sr.
WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO, egresado de la Carrera de Ingeniería
en Sistemas Computacionales, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Sistemas,
me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en
todas sus partes.
Atentamente
………………………………….
Ing. Darwin Patiño
TUTOR
IV
DEDICATORIA
A mis padres Miguel y Amparito,
quienes con sus consejos, esfuerzo y
dedicación supieron enseñarme el
valor que tiene el estudio y
sembraron en mí el afán de
superarme día a día.
V
AGRADECIMIENTO
A Dios por su infinita bondad y
haberme dado la vida e iluminarme
día a día, a mi tutor Ing. Darwin
Patiño a mi familia que siempre
supieron darme el apoyo
incondicional y a todos mis seres
queridos que de una u otra manera
supieron darme frases de aliento para
seguir adelante.
VI
TRIBUNAL DE GRADO
Ing. Eduardo Santos Baquerizo.
DECANO DE LA FACULTAD
CIENCIAS MATEMÁTICAS Y
FÍSICAS
Ing. Inelda Martillo Alcívar
DIRECTORA
CISC, CIN
Ing. Darwin Patiño.
TUTOR
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Ab. Juan Chávez Atocha
SECRETARIO
VII
.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE
RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO MECATRÓNICA Y
ROBÓTICA”
Proyecto de tesis de Grado que se presenta como requisito para optar por
el título de INGENIERO en Sistemas Computacionales
Autor: Walter Gustavo Macao Quichimbo
C.I.0105099733
Tutor: Ing. Darwin Patiño
Guayaquil, Agosto del 2014
VIII
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor de Tesis de Grado, nombrado por el Consejo Directivo de la
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado la tesis de Grado presentado por el egresado WALTER
GUSTAVO MACAO QUICHIMBO, como requisito previo para optar por el título de
Ingeniero en Sistemas computacionales cuyo problema es:
“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando
mecatrónica y robótica para la exploración en pequeñas áreas de terreno de difícil
acceso del Sistema de riego Manuel de J Calle del Cantón La Troncal, de la Provincia
del Cañar”
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Macao Quichimbo Walter Gustavo C.I.:0105099733
Tutor: Ing. Darwin Patiño
Guayaquil, Agosto del 2014
IX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
Autorización para Publicación de Tesis en Formato Digital
1. Identificación de la Tesis
Nombre Alumno: Walter Gustavo Macao Quichimbo
Dirección: Peatonal A entre Calle Los Ríos y Calle Manabí, La Troncal-Cañar
Teléfono: 07 2421-331 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales
Título al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales
Profesor guía: Ing. Darwin Patiño
Título de la Tesis: “Diseño e Implementación de un Dispositivo de Reconocimiento
Aéreo utilizando Mecatrónica y Robótica para la exploración en pequeñas áreas de
terreno de difícil acceso del Sistema de riego Manuel de J Calle del Cantón La
Troncal, de la Provincia del Cañar”
Temas de Tesis: Dispositivo de reconocimiento aéreo, aeronáutica, uav, robótica,
mecatrónica
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica de la Tesis
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de esta
tesis.
Publicación Electrónica:
Inmediata Después de 1 año
Firma del Alumno:
3. Forma de envío:
El texto de la Tesis debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y
.Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVD-ROM CD-ROM X
X
ÍNDICE GENERAL
PORTADA
I
REPOSITORIO II
APROBACIÓN DEL TUTOR III
DEDICATORIA IV
AGRADECIMIENTO V
TRIBUNAL DE GRADO VI
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR VIII
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE TESIS FORMATO DIGITAL IX
ÍNDICE GENERAL X
ÍNDICE DE CUADROS XIV
ÍNDICE DE GRÁFICOS XVII
RESUMEN XX
ABSTRACT XXI
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I.- EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4
UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO 4
SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS 5
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA 7
Causas 7
Consecuencias 8
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 8
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 9
EVALUACIÓN DFL PROBLEMA 11
OBJETIVOS 12
Objetivos Generales 12
Objetivos Específicos 12
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA 13
¿Quiénes serán los beneficiarios? 14
CAPÍTULO II.- MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO 15
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 16
LA ROBÓTICA 17
Definición 17
¿Qué es un robot? 18
ROBÓTICA DE SERVICIO 18
Definición 18
Campos de aplicación de la Robótica de Servicio 18
ROBÓTICA CIVIL 22
Definición 20
MECATRÓNICA 21
Definición 21
FOTOGRAFÍA AEREA y ORBITAL 21
XI
Definición 21
SERVIDOR DE FOTOGRAFÍAS 22
Definición 22
SERVIDOR DE VIDEO 22
Definición 22
STREAMING 24
Definición 24
SIMULADOR DE VUELO 24
Definición 24
RECONOCIMIENTO AÉREO 25
Definición 25
AVIÓN DE RECONOCIMIENTO 26
Definición 26
VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO 27
Definición 27
Historia 28
Componente de un sistema UAV 31
Plataforma Aérea 32
Plataforma Terrestre 32
Aplicaciones de los uavs 32
DISEÑO 40
PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO 40
Aerodinámica 40
Fuerzas que actúan en el vuelo 41
Sustentación 42
Actitud del avión 43
Trayectoria de vuelo 43
Viento relativo 43
Ángulo de incidencia 44
Ángulo de ataque 44
Factores que afectan la sustentación 45
Forma del perfil de ala 45
Superficie Alar 45
Densidad del aire 46
Velocidad del viento relativo 46
Angulo de ataque 46
Peso 48
Centro de gravedad 49
Resistencia 49
Empuje y tracción 50
Ejes de vuelo y sustentación 52
Ejes del avión 52
Eje longitudinal 52
Eje transversal o lateral 52
Eje Vertical 53
CONCEPTOS Y HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO DEL
DISPOSITIVO
54
XII
Mecánica de cuerpos rígidos 54
ARQUITECTURA DEL VEHÍCULO VOLADOR 56
Componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control 58
Fuselaje 58
Alas 60
Acoples para motores 62
Superficie de Mando y control 64
Tren de aterrizaje 64
Grupo motopropulsor 66
Auxiliar, modulo rotación cámara 67
Control de altura y velocidad 70
Mando de gases 71
Sistemas y subsistemas en el dispositivo 71
Sistema Sensor 71
Sensor Inercial 72
Sistema Controlador 72
PLACAS CONTROLADORAS Y COMPONENTES
ELECTRÓNICOS
73
Ardupilotmega Imu Shield /v1.0 73
Características 74
Componentes de la ImuShield/v1.0 77
Altímetro 77
Variometro 77
Indicador de actitud 78
Gps 78
Tarjeta Ardupilot con Atmel 2560 79
Características 80
SISTEMA PROPULSOR 82
Motores brushless 82
Esc (Electronic Speed Controller) 83
Hélices 84
SISTEMA ELÉCTRICO 85
Circuito reductor de corriente 86
Placa de distribución de energía 87
Alarma de batería baja 88
MÓDULO DE CONTROL 88
Módulo de Comunicación 89
Arranque de Motores. 90
IMPLEMENTACIÓN 91
Control, Configuración, Calibración Y Simulación Del
Dispositivo
91
Plataforma para la Configuración Y Calibración del
Dispositivo Aéreo
92
Instalación de firmware 92
MISSION PLANNER 93
Elementos de Mission Planner 93
Fligth Data 93
XIII
Fligth Planner 94
Configuración 95
Configuración Inicial 96
Simulación 97
Terminal 98
FUNDAMENTACIÓN LEGAL 100
HIPÓTESIS 101
VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 102
DEFINICIONES CONCEPTUALES 103
CAPÍTULO III.- METODOLOGÍA
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 105
MODALIDAD DE LA INVESTIGACIÓN 105
Tipo de investigación 106
POBLACIÓN Y MUESTRA 108
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 111
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 112
Validación 116
PROCEDIMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 116
RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 118
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS 118
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA 130
CAPÍTULO IV.- MARCO ADMINISTRATIVO
CRONOGRAMA 131
PRESUPUESTO 133
CAPÍTULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES 136
RECOMENDACIONES 139
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
XIV
ÍNDICE DE CUADROS CUADRO Nº 1
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 9
CUADRO Nº 2
TIPOS DE DISPOSITIVOS DE RECONOCIMIENTO AÉREO
SEGÚN SU TECHO Y ALCANCE MÁXIMO.
37
CUADRO Nº 3
LED´S INDICADORES EN LA PLACA IMU SHIEL V1.0
74
CUADRO Nº 4
LED INDICADORES EN LA PLACA ARDUPILOT ATMEL 2560 80
CUADRO Nº 5
VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 102
CUADRO Nº 6
DEFINICIONES CONCEPTUALES 105
CUADRO Nº 7
TAMAÑO DE LA POBLACIÓN 108
CUADRO Nº8
POBLACIÓN DEPARTAMENTO DE CATASTRO Y USUARIOS
SISTEMA DE RIEGO
109
CUADRO Nº 9
MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 111
CUADRO Nº 10
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS 113
CUADRO Nº 11
PRIMERA PREGUNTA 120
CUADRO Nº 12
SEGUNDA PREGUNTA 121
CUADRO Nº 13
TERCERA PREGUNTA 122
CUADRO Nº 14
CUARTA PREGUNTA 123
CUADRO Nº 15
QUINTA PREGUNTA 124
CUADRO Nº 16
SEXTA PREGUNTA 125
XV
CUADRO Nº 17
SÉPTIMA PREGUNTA 126
CUADRO Nº 18
OCTAVA PREGUNTA 127
CUADRO Nº 19
NOVENA PREGUNTA 128
CUADRO Nº 20
DÉCIMA PREGUNTA 129
CUADRO Nº 21
CRONOGRAMA 131
CUADRO Nº 22
EGRESOS 133
CUADRO Nº 23
INGRESOS 134
CUADRO Nº 24
EQUIPOS 134
CUADRO Nº 34
MATERIALES 135
CUADRO Nº 35
TRANSPORTE 135
XVI
ÍNDICE DE GRÁFICOS GRÁFICO Nº 1
Diagrama con todas las posibilidades de comunicación en tiempo real de los
UAVs.
33
GRÁFICO Nº 2
Fuerzas que actúan en el vuelo 40
GRÁFICO Nº 3
Perpendicularidad de la sustentación 40
GRÁFICO Nº 4
Trayectoria de vuelo y viento relativo 41
GRÁFICO Nº 5
Angulo de incidencia 42
GRÁFICO Nº 6
Coeficiente de sustentación 44
GRÁFICO Nº 7
Dirección y sentido del peso.
46
GRÁFICO Nº 8
Dirección y sentido de la resistencia
47
GRÁFICO Nº 9
Dirección y sentido de empuje 48
GRÁFICO Nº 10
Ejes de vuelo y sustentación 51
GRÁFICO Nº 11
Esquema de funcionamiento de un Quadrotor
52
GRÁFICO Nº 12
Esquema de configuración de un Quadrotor
54
GRÁFICO Nº 13
Esquema de estructura de un quadrotor
55
GRÁFICO Nº 14
Esquema de estructura de control en tierra
56
GRÁFICO Nº 15
Placa principal en la estructura del dispositivo. 58
GRÁFICO Nº 16
Aluminio tubular cuadrado para brazos
59
XVII
GRÁFICO Nº 17
Corte frontal del material utilizado
59
GRÁFICO Nº 18
Esquema de la ubicación de motores
60
GRÁFICO Nº 19
Esquema piezas que fijan los motores
61
GRÁFICO Nº 20
Ubicación del tren de aterrizaje en el dispositivo
63
GRÁFICO Nº 21
Componente tren de aterrizaje
64
GRÁFICO Nº 22
Ejes de rotación de la cámara a bordo 65
GRÁFICO Nº 23
Eje de rotación sobre X 66
GRÁFICO Nº 24
Eje de rotación sobre Y 66
GRÁFICO Nº 25
Esquema del servo motor utilizado para la rotación 67
GRÁFICO Nº 26
Ardupilotmega imu shield / v1.0 74
GRÁFICO Nº 27
Modulo GPS
77
GRÁFICO Nº 28
Esquema de la placa Ardupilot con Atmel 2560 79
GRÁFICO Nº 29
Motores electrico Brusheless
81
GRÁFICO Nº 30
Circuito control electrónico de velocidad
81
GRÁFICO Nº 31
Hélices para la propulsión
83
GRÁFICO Nº 32
Esquema circuito reductor de corriente
85
GRÁFICO Nº 33
Componentes del sistema de control dispositivo 88
XVIII
GRÁFICO Nº 34
Vista frontal- posterior, distribución de controles en el módulo
transmisor
90
GRÁFICO Nº 35
Dinámica de Operación
91
GRÁFICO Nº 36
Esquema de Calibración y configuración 92
GRÁFICO Nº 37
Ventana de datos de vuelo(Flight data) 94
GRÁFICO Nº 38
Ventana del plan de vuelo (solo con modulo telemetría) 95
GRÁFICO Nº 39
Ventana para la configuración Inicial (frimware) 96
GRÁFICO Nº 40
Ventana para la configuración especial (parámetros vuelo y sensores) 97
GRÁFICO Nº 41
Ventana para la simulación vuelo 98
GRÁFICO Nº 42
Consola terminal ambiente D.O.S 105
GRÁFICO Nº 43
PRIMERA PREGUNTA 120
GRÁFICO Nº 44
SEGUNDA PREGUNTA 121
GRÁFICO Nº 45
TERCERA PREGUNTA 122
GRÁFICO Nº 46
CUARTA PREGUNTA 123
GRÁFICO Nº 47
QUINTA PREGUNTA 124
GRÁFICO Nº 48
SEXTA PREGUNTA 125
GRÁFICO Nº 49
SÉPTIMA PREGUNTA 126
XIX
GRÁFICO Nº 50
OCTAVA PREGUNTA 127
GRÁFICO Nº 51
NOVENA PREGUNTA 128
GRÁFICO Nº 52
DÉCIMA PREGUNTA 124
XX
.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo
utilizando Mecatrónica y Robótica”
Autor: Walter Gustavo Macao Quichimbo
Tutor: Ing. Darwin Patiño
RESUMEN
El diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo es de sumo beneficio para las
diferentes áreas de productividad dentro del plano local tanto para el sector público
como privado. Explicar en qué consiste el diseño de un dispositivo aéreo, sus ventajas
y desventajas, costo de implementación. La metodología aplicada en el proyecto de
investigación fue la bibliográfica y la de campo, se utilizó la técnica documental y la
de campo con sus respectivos instrumentos los cuales fueron: la ficha bibliográfica, la
hemerográfica, el cuestionario que se aplicó a los ciudadanos que pudieren utilizar
dicho dispositivo. El contenido de este proyecto comprende lo que son en sí los
dispositivos aéreos, su historia, los fundamentos de robótica y mecatrónica, las
propiedades de los elementos eléctricos y electrónicos, los elementos físicos a
considerar en un vuelo, tipos de tarjetas electrónicas para controlar el vuelo, las
aplicaciones que se pudieran dar a este dispositivo, la implementación del dispositivo,
sus pruebas de campo con o sin el instrumento para capturar imágenes.
Palabras claves: Dispositivo de reconocimiento aéreo, uav, aeronáutica, robótica,
mecatrónica.
XXI
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo
utilizando Mecatrónica y Robótica”
ABSTRACT
Designing a reconnaissance device is of great benefit to the different areas of
productivity within the local level for both the public and private sectors. Explain
what the design of an aerial device, its advantages and disadvantages, cost of
implementation. The methodology applied in the research project was the literature
and field, documentary technique was used and the field with their instruments which
were: the bibliographic record, the newspaper archives, the questionnaire was applied
to citizens that may use that device. The content of this project involves are aerial
devices itself , its history , the fundamentals of robotics and mechatronics , electrical
properties and electronic elements , physical elements to consider in a flight, types of
electronic cards to control flight applications that could give this device , the device
implementation their field tests with or without the instrument to capture images.
Keywords: aerial reconnaissance device, uav, aeronautics, robotics, mechatronics.
1
INTRODUCCIÓN
La presente tesis tiene como objetivo fundamental el diseño de gran parte de un
dispositivo de reconocimiento aéreo no tripulado que va a ser utilizado para la
exploración y como fuente de recolección de datos, estos datos estarán presentes en
imágenes estáticas (fotografías) e imágenes en movimiento en tiempo real (Audio y
Video), estos datos recolectados serán utilizados por diferentes campos.
Este dispositivo a quien hemos denominado DRA-EC brindará un gran aporte a la
manera en la cual se recolecta la información reduciendo de gran manera los gastos
que genera hoy en día el levantamiento de información desde una determinada zona,
ya sea por la poca accesibilidad a determinada zona o bien sea por el alto coste que
esto implica.
En la actualidad existen diferentes proyectos en desarrollo y perfección que apoyan a
esta recolección de datos y levantamiento de la información de una manera más ágil y
sin representar altos costes.
En muchos países se está desarrollando esta novedosa y sofisticada técnica para
levantar información en tiempo real, aplicando conceptos y conocimientos de
Electrónica, Computación, Aeronáutica, Robótica, Telemetría, estos países han estado
por décadas ejecutando investigaciones y desarrollando prototipos que nos permitan
desde la comodidad de nuestro escritorio o puesto de mando obtener datos de alta
confiabilidad y en tiempo real
2
El desarrollo e investigación en estos campos está reflejado en la implementación del
DRA-EC (Dispositivo de Reconocimiento Aéreo), el mismo que utiliza muchos
componentes del proyecto de Desarrollo de Hardware libre Arduino.
La investigación, uso de estas herramientas diferentes con placas de sensores y
control han brindado un gran aporte de fácil asequibilidad para desarrollar sistemas
sofisticados multipropósito como el desarrollado en la presente tesis.
El Capítulo I trata sobre el problema, el planteamiento, la ubicación del problema en
el contexto, Situación Conflicto, Causas del problema, Consecuencias, Delimitación
del Problema, Formulación del problema, Evaluación del Problema, Solución,
Objetivos de la investigación, Justificación e importancia de la investigación, Quienes
serán los beneficiarios. En el Capítulo II se tratara todo lo referente al Marco
Teórico, Fundamentación teórica, conceptos de robótica y mecatrónica, definiciones
de fotografía aérea, servidor de fotografías, servidor de video que es el
reconocimiento aéreo y lo que es un avión de reconocimiento aéreo, su historia su
desarrollo a lo largo de la historia y sus aplicaciones además de conceptos
fundamentales que se deberán implementar como son: principios para el diseño de
aeronaves, componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control para
el dispositivo, las placas controladoras necesarias y los diferentes sistemas y módulos
necesarios para desarrollar y llevar a cabo el tema implícito en esta tesis, que trata de
diseñar algunas partes de un dispositivo de reconocimiento aéreo a quien hemos
denominado DRA-EC e implementarlo.
3
En el Capítulo III consta sobre la Metodología Aplicada, el diseño de la
investigación, modalidad de la investigación, tipos de investigación, Población y
muestra, Operacionalización de Variables, Instrumentos de recolección de datos,
características de los instrumentos, descripción del instrumento, validación,
procedimientos de la investigación, recolección de la información.
El Capítulo IV hace referencia al Marco Administrativo que consta del cronograma
del proyecto y sobre el presupuesto que se tuvo para la realización del proyecto. En el
Capítulo V describe las conclusiones y recomendaciones finales del proyecto
realizado.
4
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La sociedad actual crece a pasos agigantados necesitando día a día poseer
información real de determinada situación, agrícola, ecológica de un determinado
lugar, razón por la cual se ve la necesidad de diseñar e implementar un dispositivo
de reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y robótica, que permita explorar,
fotografiar y videograbar pequeñas áreas de difícil acceso, bien sea por las
características del área u otros motivos para detectar problemas presentes en estas
áreas y brindar una solución inmediata.
UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO
La recolección de datos que ayuden a tener una visión clara sobre la problemática
existente en un área determinada de difícil acceso, conlleva que la adquisición de la
información sobre esta área requiera de logística, inversión de mucho tiempo y
recursos económicos para trasladarse hasta el lugar donde se suscita el problema.
La necesidad de realizar ágilmente un trabajo de reconocimiento de determinada área
de difícil acceso rural de la ciudad para tener una vista preliminar de la situación o
problemática existente en zonas de difícil acceso del Sistema de Riego Manuel de J
Calle del Cantón La Troncal, hace imperiosa la implementación de un dispositivo de
5
reconocimiento que cumpla y agilicen estas tareas y que no represente un alto costo
económico y logístico cada vez que se requiera.
El problema nace en que el Sistema de Riego Manuel de J Calle no cuenta con ningún
tipo de tecnología o dispositivo que les ayude a realizar las tareas de exploración en
pequeñas zonas que son de difícil acceso de forma automatizada y se sigue utilizando
el reconocimiento visual de campo como mecanismo tradicional para obtener una
visión de lo que sucede en esta pequeña zona.
Para la facilitación de estas tareas de exploración y observación, la ciencia y la
tecnología nos ayudan desarrollando nuevas técnicas, inventando, diseñando e
implementando ciertos dispositivos tecnológicos que mejoran eficazmente la
recolección de datos mediante la exploración visual.
SITUACIÓN DE CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS
Los problemas surgen al no poseer herramientas e instrumentos tecnológicos
modernos como:
Reconocimiento aéreo: El reconocimiento aéreo es la inspección
desde el aire de determinadas zonas, normalmente requerido en labores de
espionaje y de inspección sobre determinadas áreas de terreno.
La Fotogrametría: La fotogrametría es una técnica para determinar
las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales de
seres vivos a partir de imágenes fotográficas. Puede ser de corto o largo
6
alcance. La palabra fotogrametría deriva del vocablo "fotograma" (de "phos",
"photós", luz, y "gramma", trazado, dibujo), como algo listo, disponible (una
foto), y "metrón", medir. Por lo que resulta que el concepto de fotogrametría
es: "medir sobre fotos".
Fotogrametría digital: Con la aparición de los ordenadores, se
sustituye la imagen analógica por la imagen digital, del mismo modo que se
empiezan a utilizar programas informáticos. En la actualidad la fotogrametría
digital convive con la analítica.
Fotogrametría aérea: Es cuando las estaciones se encuentran en el
aire. Se aplica para la elaboración de planos y/o mapas para el desarrollo de
proyectos de ingeniería.
Rayos Laser: Un láser (de la sigla inglesa LASER: Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation) (amplificación de luz por emisión
estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la
mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de
luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza
controlados.
Escaner 3D: Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o
el ambiente físico para reunir los datos de su forma y ocasionalmente su color.
Los datos completos entonces se pueden usar para construir modelos digitales
tridimensionales que se usan en una amplia variedad de aplicaciones.
Estas herramientas tecnológicas facilitan el trabajo de levantamiento de información.
7
Tales circunstancias de carencia tecnológica hacen que la realización de esta tarea
requiera inversión de más tiempo y otros recursos para la correcta realización de los
trabajos de reconocimiento para obtener datos.
El diseño e implementación del dispositivo de reconocimiento aéreo ayudara al
sistema de Riego Manuel de J calle, para realizar las tareas de observación y
exploración de pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso o representan
peligro para la integridad de las personas encargadas actualmente actividades y que
realizan un sondeo de la situación actual de estas áreas de difícil acceso. Con este
dispositivo se obtendría datos con mayor precisión y con mayor rapidez que la
observación directa de un área en estudio.
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
Causas
Las razones por las que estas tareas no se desarrollan con rapidez y requieren mucha
inversión de tiempo tiene motivos como:
Falta de iniciativa para adquisición de instrumentos modernos.
Poco interés por mejorar y dar mayor velocidad en la realización de
tareas de reconocimiento y observación.
Altos costes que implica el reconocimiento aéreo mediante la
utilización de vehículos aéreos tripulados.
8
Utilización de vehículos aéreos tripulados lo cual implica la inversión
de tiempo y dinero en la adquisición o renta de estos vehículos para realizar
estas tareas de reconocimiento.
Recursos tecnológicos insuficientes tales como equipos UAV y/o
prototipos para la realización de tareas de reconocimiento y recolección de
datos.
Consecuencias
Los problemas del no contar con este tipo de dispositivo para realizar estos trabajos
que requieren tener una inversión de tiempo y dinero al realizarse de la manera
tradicional de la zona trae consecuencias como:
Retraso en la realización de algún trabajo ya que no se ha hecho el
estudio del área respectiva.
Reconocimiento poco detallado e impreciso ya que el ser humano
puede olvidar ciertos detalles que se debían tomar en consideración.
Accesibilidad limitada a determinada área debida a diferentes
circunstancias y o condiciones de una zona específica.
Estudio técnico limitado o con pocos detalles.
9
CUADRO Nº1
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
CAMPO Robótica de servicio
AREA Robótica
ASPECTO Educativo
TEMA Diseño e implementación de un dispositivo de
reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y
robótica.
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo incide el diseño e implementación de un Dispositivo de Reconocimiento
aéreo utilizando mecatrónica y robótica en la observación de pequeñas áreas de
difícil acceso de la Asociación de usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle
del Cantón La Troncal, Provincia del Cañar?
En el Sistema de Riego Manuel de J Calle no cuenta con herramientas tecnológicas
que faciliten tareas de observación de áreas de difícil acceso por lo que es necesario
implementar un dispositivo no tripulado que mediante una cámara haga estas tareas
de reconocimiento, dando mayor agilidad a tareas que han sido tradicionalmente
realizadas por los seres humanos.
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Dicho dispositivo debería mejorar las actividades de exploración, brindando así la
comodidad que implica no trasladarse al lugar físicamente para obtener datos de
forma precisa y detallada.
La trascendencia de este proyecto, estará dado por el diseño e implementación de un
dispositivo de reconocimiento aéreo para la recolección de datos sobre áreas que son
de difícil acceso.
Es de suma importancia determinar el impacto de dicho dispositivo ya que la
tecnología está avanzando a pasos acelerados y es necesario hacer uso de ella para la
agilización de tareas o la solución de una determinada problemática.
Se aplicará la investigación documental con el fin de tener un conjunto de ideas o
conceptos sobre el objeto de estudio mediante la recopilación de información. Para
realizar la recopilación de información se efectuará la técnica de observación.
Se realizarán encuestas a los funcionarios de dos instituciones públicas sobre las
herramientas que utilizan para sus labores diarias y la aplicación de este dispositivo.
Utilizará las fuentes de información primarias como son los textos, revistas,
periódicos, sitios web, etc., para la explicación de lo que es un dispositivo de
reconocimiento aéreo, su estructura, tipos de dispositivos aéreos, su costo y
viabilidad.
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Para explicar lo que es un dispositivo de reconocimiento aéreo, se utilizarán
conceptos claros, y se explicarán los campos de observación que se utilizaron para
diseñar las partes del dispositivo. También se usará el software Mission Planner para
la carga del software, calibración del dispositivo, test de sensores y pruebas de
funcionamiento.
El motivo de este trabajo de investigación y la implementación del dispositivo tiene
como principales beneficiarios a la sociedad civil en general para dotarles de
información, clara, precisa y veraz.
EVALUACIÓN DEL PROBLEMA
Delimitado: El problema consiste en la temática actual pues la Asociación de
usuarios del Sistema de riego Manuel de J Calle no cuenta con tecnología adecuada
para realizar tareas de exploración de áreas de terrenos de difícil acceso.
Claro: El problema está redactado en forma precisa, fácil de comprender e identificar
con ideas concisas.
Evidente: El problema que tiene la Asociación de usuarios del Sistema de Riego
Manuel de J Calle tiene manifestación clara y observable.
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Relevante: El problema es importante para la comunidad agropecuaria porque va a
contribuir a la agilización de procesos mediante la inclusión de nuevas herramientas
tecnológicas para la observación.
Original.- El tema propuesto como tal no ha sido tratado por otros investigadores y
por lo tanto es original.
Factible: La utilidad del tema contribuye al mejoramiento de la información que
proporcione la Asociación de usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle dando
una herramienta tecnológica de gran utilidad.
ALCANCES
El área de cobertura para el presente proyecto de tesis comprende una superficie de
exploración de 4500 metros cuadrados, que comprenden áreas pequeñas de
exploración.
LIMITACIONES
La eficiencia activa del dispositivo de reconocimiento aéreo, es el mayor limitante, ya
que su batería tiene una duración de entre 8 a 12 minutos.
Los materiales con los que se construirá el dispositivo serán los presentes en el
medio.
Solo se utilizara en días soleados, en la época seca del el año.
Componentes electrónicos
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OBJETIVOS
Objetivos Generales
Establecer el impacto que tendrá el diseño e implementación del
dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y robótica en la
exploración de áreas pequeñas de difícil acceso para la recolección de datos.
Incentivar a seguir perfeccionando este dispositivo mediante su
utilización para mejorar su infraestructura y tecnología.
Objetivos Específicos
Diseñar un dispositivo de reconocimiento aéreo basándose en diseños
anteriores de otras instituciones, estableciendo sus cualidades y
estudiando las mejores características que deberá poseer.
Implementar el dispositivo diseñado basándose en la arquitectura de
hardware libre utilizada para construir el proyecto.
Explicar los conceptos de mecatrónica, robótica sus aplicaciones y la
ayuda que brindan estas dos ciencias para el desarrollo de este tipo de
dispositivos de reconocimiento aéreo.
Estudiar los dispositivos electrónicos de la plataforma de hardware libre
Arduino y las variantes para construir estos dispositivos voladores.
Obtener información, estudiando la estructura o arquitectura de esta
placa con el fin de tener una visión clara sobre la verdadera capacidad o
potencial en la mecatrónica y la robótica.
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Identificar e incursionar en el entorno de programación y configuración
de la plataforma Mission Planner.
Diseñar y construir una interface de control para este dispositivo que sea controlada por la computadora.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
El proyecto que se va a desarrollar tiene como finalidad diseñar e implementar un
dispositivo de reconocimiento aéreo que ayude a resolver en parte los problemas en
la exploración, observación y recolección de datos de pequeñas zonas de terreno
determinadas y que por sus características son de difícil acceso para el hombre o
representan peligro a su integridad física por lo cual resulta muy beneficioso.
El dispositivo de reconocimiento aéreo es de gran ayuda para las tareas de
reconocimiento en áreas de difícil acceso por las características demográficas de
ciertas zonas ya que por tal motivo el acceso a esa zona por otras vías no sea factible
y la mejor opción sea el reconocimiento aéreo no tripulado por lo cual no requerirá
ningún costo adicional.
En este proyecto se hará un estudio del impacto que causaría este dispositivo para
estimular un cambio en la manera de desarrollar las actividades que se han venido
realizando con metodología antigua con sus riesgos y limitantes.
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¿Quiénes serán los beneficiarios?
Quienes se beneficiarán con la aplicación de este dispositivo en su campo de acción
serán los usuarios que tengan acceso a este dispositivo, en este caso la Asociación de
usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle pues este dispositivo seriá una gran
herramienta para optimizar su trabajo.
Esta tecnología puede proveer soluciones innovadoras a problemas tradicionales,
como los altos costos de la observación directa y el esfuerzo físico de los
funcionarios de esta institución.
Este proyecto representara una base para que se siga desarrollando y se apliquen más
campos de acción y utilidades, así como la creación de nuevas modalidades de
investigación, recolección y procesamiento de datos, para que en un futuro los
próximos egresados de la carrera puedan profundizar más sobre el tema y desarrollar
nuevas herramientas tecnológicas.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
La siguiente tesis está planteada en base a otras investigaciones relacionadas con el
estudio de los sistemas de vigilancia que hacen uso de dispositivos de reconocimiento
aéreo no tripulados, como referencia podemos citar el proyecto realizado en la
Universidad de Massachusetts en la cual se remonta a hablar de los aviones no
tripulados que son controlados por un enlace que sirve de comunicación entre el
controlador y el dispositivo.
El interés por los dispositivos de reconocimiento aéreo despertó varios años atrás,
pues, no se hace necesario la intervención del ser humano dentro de la aeronave. Al
no llevar dentro de la aeronave un piloto hace posible aeronaves más pequeñas y
menos potentes. Todo esto posibilita, realizar misiones peligrosas, en entornos
hostiles, bajo condiciones climatológicas adversas. Superando límites físicos como
volar a gran altura, largas jornadas de vuelo y grandes velocidades que no soportaría
un ser humano dentro de la aeronave.
Estos dispositivos de reconocimiento aéreo no tripulados son objeto de estudio en
muchos países desarrollados, como una alternativa de bajo costo de gran eficacia y
potencia, desarrollada actividades de reconocimiento sobre determinada zona y
proporcionando información verídica y en tiempo real..
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FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La Tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE
RECONOCIMIENTO AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y
ROBÓTICA”, tiene como finalidad primordial el diseño de un dispositivo aéreo
tele-operado que permita reconocer visualmente cierta zona con la captura, envío y
recepción de imágenes y video.
En ese tema se tratarán temas como el modelismo, mecatrónica, robótica y aspectos
importantes y puntuales de aeronáutica en la creación y diseño de una estructura más
ligera y que ayude a obtener una sustancial elevación en la carga útil de este
dispositivo. En este proyecto estudiaremos los componentes del fuselaje del
dispositivo, los componentes electrónicos, de navegación, diseños posibles para su
vuelo, sus costos, etc.
Al mismo tiempo, se hablará de la utilización de la plataforma para la carga de código
e instrucciones al dispositivo, además de la plataforma de hardware libre ARDUINO
especialmente enfocándonos en dos tarjetas electrónicas para el control y gestión de
sensores bajo licencia GPU. Se hablará del diseño e implementación del dispositivo
de reconocimiento aéreo, sus componentes estructurales de hardware, electrónica,
estructura aerodinámica, coordinación de movimientos. Para ello utilizaremos el
software Solid Edge, que es una herramienta para la realización del diseño de
diferentes piezas estructurales, tanto en tres dimensiones como en plano.
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El tema de tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE
RECONOCIMIENTO AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y
ROBÓTICA”, consta de los siguientes capítulos:
CAPÍTULO I.- EL PROBLEMA
CAPÍTULO II.- MARCO TEÓRICO
CAPÍTULO III.- METODOLOGÍA
CAPÍTULO IV.- MARCO ADMINISTRATIVO
CAPÍTULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
LA ROBÓTICA
Definición
La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño,
manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas disciplinas
como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la
ingeniería de control. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los
autómatas programables y las máquinas de estados. (Fundación Wikimedia,
www.wikipedia.org, 2014)
El término robot se popularizó con el éxito de la obra RUR (Robots Universales
Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra,
la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés como
robot. (Fundación Wikimedia, www.wikipedia.org, 2014)
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¿Qué es un robot?
Un robot es una máquina diseñada para ejecutar una o más tareas varias veces, con
velocidad y precisión. Un robot puede ser controlado por un operador humano, a
veces desde una gran distancia. Pero la mayoría de los robots son controlados por la
computadora.
Existen diferentes tipos de robot y clasificación depende de la utilidad o fin para el
que fue diseñado.
ROBÓTICA DE SERVICIO
Definición
Es la parte de la Ingeniería que se centra en el diseño y construcción de máquinas
capaces de proporcionar servicios directamente a los miembros que forman sociedad.
La robótica de servicio es aplicable a diferentes campos de acción según sea su
necesidad de aplicación. (RoboticSpot, 2011)
Campos de aplicación de la Robótica de Servicio
Robots de campo: aplicaciones en agricultura, ganadería (ordeño),
forestal, minería, espacio,...
Limpieza profesional: limpieza de suelos, ventanas y paredes,
tanques y tuberías, piscinas,...
Sistemas de inspección y mantenimiento: alcantarillas, tanques,
tuberías.
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Construcción y demolición: desmantelamiento y demolición en
instalaciones nucleares, construcción de edificios,...
Sistemas logísticos: robots de mensajería y correo, AGVs en fábricas
y almacenes, transportes autónomos,...
Robótica médica: sistemas de diagnóstico, ayuda en cirugía (cirugía
mínimo invasiva), sistemas de rehabilitación.
Aplicaciones de defensa, rescate y seguridad: robots antiminas o
desminado, robots contraincendios, robots de vigilancia y seguridad,
vehículos aéreos sin tripulación, vehículos terrestres sin tripulación.
Sistemas submarinos.
Plataformas móviles de uso genérico.
Brazos robóticos de uso genérico.
Robots relaciones públicas: robots en hoteles y restaurantes, robots
guía, robots para marketing.
Robots de propósito especial: robots en estaciones de servicio,...
Robots para tareas domésticas: aspiradores, limpieza de suelos.
Robots de entretenimiento: juguetes, como hobby, robots educativos.
Asistencia a discapacitados: sillas de ruedas robotizadas,
rehabilitación personal.
Transporte de personas.
Seguridad y vigilancia en el hogar y humanoides.
(roboticadeservicios, 2011)
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ROBÓTICA CIVIL
Definición
La robótica civil es un sub área de la robótica de servicio que intenta diseñar y
desarrollar robots que permitan realizar servicios útiles para proteger a la población
civil. (Robotica, 2014)
El uso de los robos destinados a la sociedad civil cada día crece y se ven en todas
partes en la actualidad constituyen para algunos países desarrollados razón de
investigación y por ello se destinan parte de su presupuesto en el desarrollo de estos.
Las tareas más comunes para los que son utilizados estos robots son:
Inspección y mantenimiento de infraestructuras.
Vigilancia de grandes superficies para la prevención de catástrofes
naturales.
Inspección de desastres y situaciones de emergencia
Rescate de personas
Seguridad ciudadana
Vigilancia de fronteras, costas y aeropuertos
Aplicaciones militares.
Robots de rescate y lucha contra el fuego
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MECATRÓNICA
Definición
El concepto de mecatrónica nace en la industria electrónica de Japón a finales de los
sesentas y ha sido adoptada como parte fundamental en el diseño y manufactura de
productos en Asia y la mayor parte de Europa. La mecatrónica se puede definir como
un sistema de tecnologías que integra procesos mecánicos y eléctricos a través de
sistemas de control y tecnologías de información. mecatrónica es otra forma de decir
“sistemas mecánicos inteligentes”. (Yanire, 2014)
FOTOGRAFÍA AÉREA Y ORBITAL
Definición
La fotografía aérea supone un análisis de la superficie terrestre mediante el empleo de
máquinas fotográficas instaladas a bordo de diversos medios aéreos. Encuentra
aplicaciones en el campo de la investigación arqueológica o geológica, así como en
agricultura para recabar información sobre la naturaleza de los terrenos y la extensión
de los cultivos, o en el campo militar para obtener información sobre objetivos
estratégicos. En arqueología se utiliza como método de prospección del subsuelo para
descubrir estructuras en el subsuelo sin necesidad de excavar. La fotografía orbital
permite la obtención de imágenes de altura muy superior a aquellas propias de la
fotografía aérea, de la cual constituye una extensión, mediante aparatos fotográficos
situados sobre vehículos espaciales o satélites en órbita en torno a la Tierra. Entre sus
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varias aplicaciones cabe señalar los estudios meteorológicos, la investigación sobre la
contaminación de los mares o sobre los recursos naturales. (Fotografía, 2013)
SERVIDOR DE FOTOGRAFÍAS
Definición
Un servidor de fotografías es un dispositivo que tiene y posee la capacidad de
almacenar, clasificar y poner a disposición las imágenes de cámaras de seguridad,
cámaras web, cámaras digitales y otros medios diferentes para captura de imágenes,
para su posterior análisis y procesamiento que se le puedan dar a dichas imágenes.
SERVIDOR DE VIDEO
Definición
Los servidores de video ( del inglés: Video Server / IP Video Server ) son
dispositivos creados para permitir la transición tecnológica entre los sistemas
análogos de vigilancia conocidos como CCTV ( Circuito Cerrado de Televisión ) y
las nuevas formas de Vigilancia conocidas como Vigilancia IP.
Los Sistemas de Vigilancia IP, son aquellos en que las imágenes y audio capturados
por las cámaras y micrófonos, se comprimen y transmiten por una red de datos Local
o Internet ( LAN / WAN ) y pueden ser accedidos desde uno o varios puntos en
cualquier lugar del mundo mediante computadoras convencionales ( o hardware
especialmente diseñado ) para descomprimir los datos, visualizarlos, analizarlos,
grabarlos, incluso generar acciones de manera automática en respuesta a diferentes
24
eventos pre-definidos o a voluntad de un operador. Visto de forma simplificada y
enfocándonos en su funcionalidad, los Servidores de Vídeo permiten "convertir" una
Cámara Análoga convencional en una Cámara IP o Cámara de red. Esto puede ser
muy útil sobre todo para usuarios que han hecho grandes inversiones en equipamiento
análogo, desean hacer la transición a Vigilancia IP, pero prefieren aprovechar las
cámaras que ya tienen instaladas. (Fundación Wikimedia I. , 2013)
STREAMING
Definición
El streaming es la distribución de multimedia a través de una red de computadoras de
manera que el usuario consume el producto al mismo tiempo que se descarga. La
palabra streaming se refiere a que se trata de una corriente continua (sin interrupción).
Este tipo de tecnología funciona mediante un búfer de datos que va almacenando lo
que se va descargando para luego mostrarse al usuario. Esto se contrapone al
mecanismo de descarga de archivos, que requiere que el usuario descargue los
archivos por completo para poder acceder a ellos. (Fundación Wikimedia I. ,
www.wikipedia.org, 2012)
SIMULADOR DE VUELO
Definición
Un simulador de vuelo es un sistema que intenta replicar, o simular, la experiencia de
volar una aeronave de la forma más precisa y realista posible. Los diferentes tipos de
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simuladores de vuelo van desde videojuegos hasta réplicas de cabinas en tamaño real
montadas en accionadores hidráulicos (o electromecánicos), controlados por sistemas
modernos computarizados, los simuladores de vuelo son muy utilizados para el
entrenamiento de pilotos en la industria de la aviación, el entrenamiento de pilotos
militares, simulación de desastres o fallas en vuelo y desarrollo de aeronaves.
(Salazar, 2014)
RECONOCIMIENTO AÉREO
Definición
El reconocimiento aéreo es la inspección desde el aire de determinadas zonas
mediante aviones de reconocimiento o vehículos aéreos no tripulados. Sus funciones
consisten en recoger inteligencia de imágenes, inteligencia de señales e inteligencia
de medidas. Normalmente requerido en labores de espionaje sobre potencias
enemigas al que lo realiza, se empezó a utilizar en la Primera Guerra Mundial.
Comúnmente en la actualidad se usan para la cartografía. (Fundación Wikimedia,
2013)
Se define al reconocimiento aéreo como una encuesta que se realiza desde el aire, los
aviones son comúnmente utilizados para reconocimientos aéreos, pero también es
posible utilizar los helicópteros y globos de aire caliente. En el inicio de la inspección
aérea, la gente identifica el objetivo, incluida la zona a cubrir, y confirman que las
condiciones climáticas son favorables. El clima por lo general tiene que ser claro, con
26
vientos de baja intensidad, de modo que la visibilidad es buena y la ruta de
reconocimiento aéreo no necesita ser modificado para dar cabida a la intemperie.
AVIÓN DE RECONOCIMIENTO
Definición
Las aeronaves de vigilancia o de reconocimiento son aeronaves militares y civiles
usadas para monitorizar la actividad enemiga, normalmente desprovistas de
armamento. En los últimos años estos dispositivos han incursionado en la actividad
de la aviación civil en el reconocimiento, vigilancia de la tierra para cartografía,
monitorización del tráfico, estudios geológicos y científicos. Además, en muchos
países se utilizan aeronaves civiles para vigilancia de fronteras, para patrulla marítima
o para prevención de contrabando y migración ilegal. (Fundación Wikimedia I. ,
www.wikipedia.org, 2013)
Este tipo de aeronaves de vigilancia no poseen capacidades de alto rendimiento ni alta
tecnología pues cualquiera puede montar en un avión de juguete una cámara abordo
que le permita la observación y exploración.
VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO
Definición
Un vehículo aéreo no tripulado, UAV por siglas en inglés (Unmanned Aerial
Vehicle), o sistema aéreo no tripulado, UAS (Unmanned Aerial System), conocido en
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castellano por sus siglas como VANT, es una aeronave que vuela sin tripulación
humana a bordo. Son usados mayoritariamente en aplicaciones militares. Para
distinguir los UAV de los misiles, un UAV se define como un vehículo sin
tripulación reutilizable, capaz de mantener un nivel de vuelo controlado y sostenido,
y propulsado por un motor de explosión o de reacción. Por tanto, los misiles de
crucero no son considerados UAVs porque, como la mayoría de los misiles, el propio
vehículo es un arma que no se puede reutilizar, a pesar de que también es no tripulado
y en algunos casos guiado remotamente. (Fundación Wikimedia I. ,
www.wikipedia.org, 2014)
Historia
Los vehículos aéreos no tripulados, usualmente conocidos como UAV, por sus siglas
en inglés, son aquellas aeronaves que sin piloto a bordo pueden ser controlados a
voluntad y mantenidos en vuelo por algún tipo de motor. Aunque la historia de su
creación se remonta a conceptos presentados por Leonardo Da Vinci, no fue sino
hasta el 22 de Agosto de 1849 en que fue empleado por primera vez en un teatro de
operaciones, cuando los austriacos atacan la ciudad de Venecia con globos no
tripulados cargados con explosivos.
Los resultados, sin ser los esperados, dejaron como precedente el aumento de
capacidades a través de estos ingenios recién creados, durante la primera guerra
mundial, comenzó la experimentación con bombas aéreas no tripuladas, pero no fue
28
hasta la segunda guerra mundial que la construcción de aviones radio controlados
para la utilización en campos de batallas, se masificó.
La primera fotografía aérea fue tomada en 1858 por Paul Nadar desde un globo a
unos 80 metros de altura sobre la población de Val de Bièvre, una localidad cercana a
Paris. Nadar es el nombre con el que se conocía al polifacético diseñador, reportero,
caricaturista y también fotógrafo Gaspard Felix Tournachon, un interesante personaje
del siglo XIX que siguiendo el consejo de un amigo se compró una cámara
fotográfica para tomar imágenes de los modelos que más tarde caricaturizaría.
Por desgracia las fotografías, aunque por lo que sabemos de ellas su calidad era tan
pobre que apenas se distinguía el motivo, razón que desde luego no desmerece su
posicionamiento como primer fotógrafo aéreo de la historia.
En 1860, James Wallace Black tomó una fotografía a unos 600 metros de altura
sobrevolando la ciudad de Boston en un globo y ostenta el título de la fotografía aérea
más antigua que se conserva.
Si la fotografía resulta ser aquel procedimiento y arte que consiste en fijar y
reproducir a través de reacciones químicas y en superficies especialmente preparadas
para ello, aquellas imágenes que se obtienen a partir del fondo de una cámara oscura,
la fotografía aérea supone el mismo mecanismo mencionado que se emplea para
capturar, por ejemplo la fotografía de una persona sentada en la cafetería junto a otra,
pero lo que cambia en las fotografías aéreas, es que en estos casos las máquinas
29
fotográficas se encuentran ubicadas a bordo de diferentes medios aéreos para así
obtenerlas.
En 1950, el Ejército estadounidense se dio cuenta de la importancia y necesidad de
una plataforma aérea que entregará información veraz y oportuna que permitiera una
toma de decisiones correcta y a tiempo.
Aunque Estados Unidos utilizó en la guerra de Vietnam plataformas aéreas no
tripuladas, fue Israel quien confirmó, durante sus operaciones en el Líbano en 1982,
la importancia de contar con este tipo de sistemas. Lo anterior, aumentó el interés
internacional por los UAV. En la operación Tormenta del Desierto en 1991, la
Armada estadounidense utilizó el sistema UAV Pioneer Israelí para suministrar
inteligencia a nivel táctico.
En Afganistán durante la operación Paz Duradera el sistema UAV Predator realizó
misiones de reconocimiento armado y en el 2003 en Irak atacó objetivos de gran
valor para la coalición. Cooperó además con las Fuerzas Especiales al buscar,
mantener e informar las posiciones de misiles SCUD.
Aunque inicialmente fueron creados como ingenios para la obtención de información,
sus capacidades han aumentado y pueden realizar un sin número de tareas. La
concepción actual es la de un sistema sinérgico que permita obtener en tiempo real
información útil.
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Por otra parte, la fotografía aérea supone y requiere de un análisis consciente y
exhaustivo de la superficie terrestre, el cual justamente se hará a través de las
mencionadas cámaras fotográficas que se ubicarán a bordo de las naves específicas.
Son varios los ámbitos que emplean las fotografías aéreas para extraer información y
conocer el terreno en el cual operan, la arqueología, la geología y también la
agricultura suelen usar este tipo de fotografías para así, como dijimos, recoger
información sobre la naturaleza de los terrenos sobre los cuales deberá trabajar, por
ejemplo, la naturaleza que presentan los cultivos.
En la arqueología, por su lado, resulta ser una fuente de conocimiento indispensable
ya que permite la prospección del suelo, es decir, se la emplea como un método para
poder descubrir estructuras en el subsuelo sin necesidad de tener que excavarlo.
Además, acompañadas por un estereoscopio facilitan el descubrimiento de fallas
geológicas, conos de deyección, zonas altamente erosionables, zonas bajas saturadas,
el tipo de drenaje natural que presenta el terreno y entonces, con esa información
poder saber el tipo de suelo ante el cual estamos, el tipo de vegetación, entre
tantísimas otras cuestiones.
En tanto, otro contexto que también emplea muchísimo esta herramienta de las
fotografías aéreas es el militar, ya que la misma resulta ser ideal a la hora de estudiar
al enemigo o de tener que extraer información sobre objetivos estratégicos.
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COMPONENTES DE UN SISTEMA UAV
Un UAV en su concepto tradicional, es el medio que permite la inserción en
profundidad de sensores para adquirir información y transmitirla en tiempo real hasta
una estación en tierra integrada en el sistema de mando y control. Su pequeño tamaño
impide su detección, además evita el poner en riesgo a una tripulación aérea. Para
cumplir con su objetivo necesita contar con lo siguiente:
Plataforma aérea
Es el avión en sí el cual posee diferentes sensores y los medios de comunicación
apropiados que permiten tanto guiar al avión y enlazarlo para la obtención de
imágenes, audio, etc. en tiempo real.
Plataforma terrestre
Compuesto por una estación o los equipos necesario para el control terrestre, la
estación terminal de datos en donde se almacenará los datos e información y
equipamiento preciso para el lanzamiento, recuperación y puesta en operación del
UAV.
Lo anteriormente expuesto da una idea clara de una estructura especifica muy
compleja con medios y el personal adecuado para la preparación y lanzamiento del
UAV, recepción y transmisión de imágenes, datos, etc.
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Aplicaciones de los uavs
El concepto de UAV surge de alguna manera para aunar en un mismo producto las
ventajas de ambas técnicas de obtención de información. La primera ventaja de este
nuevo sistema es quizás la reducción del tiempo necesario para seleccionar los
objetivos, ya que se ha pasado de horas con las técnicas tradicionales a breves
segundos. Como además al emplear radares que permiten atravesar incluso las nubes,
la calidad de las imágenes obtenidas es excepcional lo que ayuda aún más a precisar
los objetivos. Por otra parte, su coste es reducido. Algunos modelos de UAVs están
propulsados por motores diesel de bajo consumo y fácil reparación o están fabricados
en un gran porcentaje a partir de productos disponibles en el mercado comercial, lo
que reduce aún más el coste final unitario de estos vehículos no tripulados. Y por
último, y puede que sea la ventaja más importante, permiten vigilar zonas sin
necesidad de exponer a las tripulaciones, o a vehículos más caros, a situaciones
peligrosas. Aunque los recientes conflictos bélicos están poniendo de manifiesto
también los inconvenientes de estos vehículos, Kosovo es un buen ejemplo de ello y
ha servido de campo de práctica para mejorarlos. Durante la campaña bélica se
comprobó que los UAVs resultaban bastante baratos, flexibles al requerir poco
logística y podían permanecer un tiempo considerable en patrulla. Pero la guerra de
los Balcanes también demostró la vulnerabilidad de estos sistemas con más de dos
docenas destruidos tanto por las defensas antiaéreas enemigas como por problemas
operativos durante su manejo (fallo en el manejo de los mismos).
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Su manejo es relativamente sencillo y suelen estar controlados por satélite aunque se
pueden llegar a dirigir desde cualquier unidad militar local. A su vez, desde estas
estaciones en tierra se puede suministrar la información recopilada para su
distribución a cualquier parte del mundo directamente o por medio de un segundo
satélite militar. De esta manera la información puede ser distribuida a los especialistas
apropiados independientemente del lugar donde se encuentren.
Gráfico Nº1
Diagrama con todas las posibilidades de comunicación en tiempo real de los
UAVs: comunicación con base directamente o a través de satélite
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Walter Macao
La filosofía de diseño es muy variada dependiendo del consumidor final al que vaya
dirigido el producto. El ejército de tierra quiere por ejemplo, aparatos de pequeño
tamaño, fáciles de manejar y donde el alcance no es un factor fundamental, ya que
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siempre se pueden aproximar lo suficientemente al objetivo. Lo importante es el bajo
coste de operación por lo que se prefieren los motores diesel como sistema de
propulsión. Sin embargo, la marina, sobre todo la norteamericana, pide vehículos de
largo alcance que eviten que sus portaaviones se aproximen demasiado al área de
peligro. Esto obliga a los fabricantes a crear grandes fuselajes para albergar el
combustible necesario para superar grandes distancias. Además, la marina suele
restringir también el empleo de carburantes muy volátiles que puedan poner en
peligro de incendio sus naves. Por lo que en la práctica se emplean combustibles del
tipo Diesel o Gasoil. Todo ello ha creado una familia de UAVs que cubren
prácticamente toda la demanda de los ejércitos con configuraciones y conceptos de
diseño radicalmente distintos.
También en el campo militar se está comenzando a diseñar la próxima generación de
UAVs: los llamados UCAVS (UninhabitatedCombat Air Vehicles o vehículos aéreos
de combate no tripulados). La idea detrás de estos artefactos es muy sencilla: poder
crear una aeronave cuyo diseño se centre en la carga de pago y no en el piloto que ha
de manejarlo, que pueda realizar maniobras de hasta 30 Gs para poder esquivar a los
misiles sin tener que preocuparse porque su tripulación pierda el conocimiento. Con
este nuevo concepto sería innecesaria la creación de un habitáculo dedicado
específicamente al piloto, ni introducir ordenadores para la presentación de
información, ni instalar equipos de acondicionamiento de cabina, etc. Una máquina
así diseñada permitiría aumentar de forma considerable las prestaciones en vuelo ya
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que no se vería restringida por la capacidad física del piloto y permitiría eliminar
todos los equipos asociados a su presencia en el avión. Sin todos estos elementos se
podrá fabricar en el futuro aviones con la mitad del tamaño de sus homólogos
tripulados por humanos y con un cuarto de su peso para la misma capacidad de
ataque. La misión de estos nuevos artefactos sería pues el ataque a todos aquellos
objetivos que se considerán de alto riesgo o que pudieran implicar maniobras de
evasión difícilmente superables por el ser humano.
Desde el punto de vista puramente técnico, la idea de que un operario pueda controlar
completamente el aparato no es completamente satisfactoria por la complejidad
intrínseca que conlleva. Ello es debido a que se necesitaría que en todo momento
existiera una comunicación bidireccional, entre el UCAV y el “piloto virtual”, lo que
añade una complejidad técnica enorme ya que habría que diseñar el sistema para que
fuera muy tolerante a los daños que necesariamente habrían de surgir en los entornos
tan hostiles donde fueran a realizar sus misiones y que, bajo ningún concepto, se
pudiera perder la comunicación con el aparato. Por ello se preferiría un sistema que
fuese lo más autónomo posible y en el que el piloto virtual siempre tuviera la última
palabra en el desarrollo de la misión con comunicaciones no tan frecuentes pero más
seguras.
Estados Unidos ya posee un prototipo experimental de UCAV, el denominado X-
45A, que se encargaría de llevar a cabo misiones de supresión de las defensas aéreas
enemigas así como de ataque en combinación de aviones tripulados por pilotos
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convencionales a partir del 2010. Su uso sería fundamentalmente durante los
primeros días del conflicto cuando las fuerzas enemigas tuvieran todos sus recursos.
Conforme avanzara el conflicto, su misión principal se encarrilaría a tareas de
vigilancia y reconocimiento así como ataques esporádicos de apoyo a las fuerzas
convencionales.
Además de estas aplicaciones, se está abriendo cada día más el abanico de
aplicaciones de estos nuevos vehículos en el campo militar y que ni siquiera se
hubieran pensado hace una década. Se están creando, por ejemplo, vehículos no
tripulados que simulen la firma en el radar de determinados aviones de combate. De
esta manera se puede confundir al enemigo en la dirección del ataque. Otra de las
aplicaciones que tiene posibilidades de llevarse a la práctica es la de detección de
radares. Los UAVs tienen la capacidad de permanecer largo tiempo en vuelo de
espera buscando por radares enemigos. Cuando alguno de ellos se conecte, el UAV lo
detectaría y, o bien enviaría una señal al puesto de mando indicando su posición, o
bien sería el propio UAV el que se convertiría en un misil antiradar.
En el campo civil, las aplicaciones son claramente dos. Una de ellas es la de control
de fronteras en zonas remotas o en líneas de costa principalmente para combatir el
contrabando de drogas o de inmigrantes ilegales. Mientras que la otra se basa en el
desarrollo de nuevos sistemas de comunicaciones. Debido a la altura de vuelo de
estos vehículos (que puede llegar a ser superior a los 100.000 pies), los UAVs se
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convierten en la práctica en minisatélites a un precio realmente reducido. La energía
se obtendría por medio de células solares instaladas en las alas. Aunque no todo es
tan fácil como acoplar una antena a estos vehículos. Las autoridades aeronáuticas
están poniendo serios problemas a estos tipos de aeronaves para certificarlas en
espacios aéreos civiles por el riesgo que conllevan y la falta de control sobre los
mismos en caso de fallo de comunicaciones con el ordenador de a bordo. Lo que en la
práctica supondría tener un vehículo sin control sobrevolando nuestras cabezas y que
se podría estrellar en cualquier parte.
CUADRO Nº2
TIPOS DE DISPOSITIVOS DE RECONOCIMIENTO AÉREO
SEGÚN SU TECHO Y ALCANCE MÁXIMO
HANDHELD Unos 2000 pies de altitud, unos 2 km de alcance
CLOSE Unos 5000 pies de altitud, hasta 10 km de alcance
NATO Unos 10.000 pies de altitud, hasta 50 km de alcance
TACTICAL Unos 18000 pies de altitud, hasta 160 km de alcance
MALE (mediumaltitude, longendurance) hasta 30000 pies de altitud y
un alcance de unos 200 km
HALE (highaltitude, longendurance) sobre 30.000 pies de techo y
alcance indeterminado
HYPERSONIC Alta velocidad, supersónico (Mach 1-5) o hipersónico (Mach 5+)
unos 50000 pies de altitud o altitud suborbital, alcance de 200km
ORBITAL En órbitas bajas terrestres (Mach 25+)
CIS Lunar viaja entre la Luna y la Tierra
Fuente:
Elaboración: Walter Macao
38
DISEÑO
PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO
Aerodinámica
La Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en
movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se
hallan en su seno. A la importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor
de su aportación a la aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad
relativa de un móvil con respecto al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y
supersónica según que dicho número sea inferior o superior a la unidad.
Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a
través del aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el
estudio del vuelo, es lo mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través
del aire, como que este objeto esté inmóvil y es el aire el que se mueve.
Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y
principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en
cualquier condición de operación. Las leyes que se analizaran son suficientes para
estar en un nivel de entendimiento elemental, pretendiéndose una explicación ni
exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica. (Muñoz, 2010)
39
Fuerzas que actúen en el vuelo.
En cualquier aparato volador actúan una serie de fuerzas gravitacionales , favorables
unas y desfavorables otras, es aquí donde el piloto tiene que destacar su destreza
manteniendo control sobre ellas para volar de una manera segura.
Para nuestro estudio es primordial conocer ciertos conceptos que son fundamentales
para el diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo empezando por las fuerzas
que afectan al vuelo y sus efectos.
Entre las principales fuerzas que actúan sobre cualquier aeronave y que son de interés
para el proyecto mencionaremos solamente 4: sustentación, peso, empuje y
resistencia. Estas cuatro fuerzas actúan en pares; la sustentación es opuesta al peso, y
el empuje o tracción a la resistencia.
Un aeroplano, como cualquier otro objeto, se mantiene estático en el suelo debido a la
acción de dos fuerzas: su peso, debido a la gravedad, que lo mantiene en el suelo, y la
inercia o resistencia al avance que lo mantiene parado. Para que este aeroplano vuele
será necesario contrarrestar el efecto de estas dos fuerzas negativas, peso y
resistencia, mediante otras dos fuerzas positivas de sentido contrario, sustentación y
empuje respectivamente. Así, el empuje ha de superar la resistencia que opone el
avión a avanzar, y la sustentación superar el peso del avión manteniéndolo en el aire.
(Muñoz, 2010)
40
Gráfico Nº2
Fuerzas que actúan en un vuelo
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
Sustentación.
Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinámico moviéndose en el aire, ejercida
de abajo arriba, y cuya dirección es perpendicular al viento relativo y a la
envergadura del avión (no necesariamente perpendiculares al horizonte). Se suele
representar con la letra L del inglés Lift = Sustentación. (Muñoz, 2010)
Gráfico Nº3
Perpendicularidad en la sustentación
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
41
Factores que afectan la sustentación de una aeronave
Actitud del avión
Este término se refiere a la orientación o referencia angular de los ejes longitudinal y
transversal del avión con respecto al horizonte, y se especifica en términos de:
posición de morro (pitch) y posición de las alas (bank). (Muñoz, 2010)
Trayectoria de vuelo
Es la dirección seguida por el perfil aerodinámico durante su desplazamiento en el
aire; es decir es la trayectoria que siguen las alas y por tanto el avión.
Viento relativo
El avión al moverse en el aire produce un flujo de viento a esto se le denomina
viento relativo. El viento relativo es paralelo a la trayectoria de vuelo y de dirección
opuesta. Su velocidad es la relativa del avión con respecto a la velocidad de la masa
de aire en que este se mueve. (Muñoz, 2010)
Gráfico Nº4
Trayectoria de vuelo y viento relativo
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
42
Ángulo de incidencia
El ángulo de incidencia es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala con respecto
al eje longitudinal del avión. Este ángulo es fijo, pues responde a consideraciones de
diseño y no es modificable por el piloto.
Gráfico Nº5
Angulo de incidencia
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
Ángulo de ataque.
El ángulo de ataque es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala y la dirección
del viento relativo. Este ángulo es variable, pues depende de la dirección del viento
relativo y de la posición de las alas con respecto a este, ambos extremos controlados
por el piloto. Es conveniente tener muy claro el concepto de ángulo de ataque pues el
vuelo está directa y estrechamente relacionado con el mismo. (Muñoz, 2010)
Forma del perfil del ala
A mayor curvatura del perfil mayor diferencia de velocidad entre las superficies
superior e inferior del ala y por tanto mayor diferencia de presión, o lo que es igual
mayor fuerza de sustentación. (Muñoz, 2010)
43
Superficie alar
Cuanto más grandes sean las alas, mayor será la superficie sobre la que se ejerce la
fuerza de sustentación. Pero hay que tener en cuenta que perfiles muy curvados o alas
muy grandes incrementan la resistencia del avión al ofrecer mayor superficie
enfrentada a la corriente de aire.
La forma como la superficie del ala dependen del criterio del diseñador, que tendrá
que adoptar un compromiso entre todos los factores según convenga a la
funcionalidad del avión. (Muñoz, 2010)
Densidad del aire
Cuanto mayor sea la densidad del aire, mayor es el número de partículas por unidad
de volumen que cambian velocidad por presión y producen sustentación.
Velocidad del viento relativo
Mientras se imprima mayor velocidad sobre el perfil, mayor sera la sustentación. La
sustentación es proporcional al cuadrado de la velocidad, siendo este el que
comparativamente más afecta a la sustentación.
Ángulo de ataque
Si se aumenta el ángulo de ataque es como si se aumentara la curvatura de la parte
superior del perfil, o sea el estrechamiento al flujo de aire, y por tanto la diferencia de
presiones y en consecuencia la sustentación. En la figura se ve de forma general
como aumenta el coeficiente de sustentación (CL) con el ángulo de ataque hasta
44
llegar al coeficiente de sustentación máximo, a partir del cual la sustentación
disminuye con el ángulo de ataque. Los valores y la forma de la curva en la gráfica
dependerán de cada perfil concreto.
Gráfico Nº6
Coeficiente de sustentación
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
La sustentación creada por el ala está en función de:
Forma del perfil.
La superficie alar.
La densidad del aire.
La velocidad del viento relativo.
El ángulo de ataque.
45
La fórmula correspondiente sería: L=CL*q*S donde CL es el coeficiente de
sustentación, dependiente del tipo de perfil y del ángulo de ataque; q la presión
aerodinámica (1/2dv² siendo d la densidad y v la velocidad del viento relativo) y S la
superficie alar. Un piloto solo puede tener influencia en la sustentación actuando
sobre los factores velocidad y ángulo de ataque, pues el coeficiente aerodinámico y la
superficie alar están predeterminados por el diseño del avión, y la densidad del aire
depende del estado de la atmósfera. Todos los aviones disponen de dispositivos
hipersustentadores que accionados por el piloto modifican la curvatura del ala y la
superficie alar, pero estos dispositivos están diseñados para posibilitar maniobras a
baja velocidad (aterrizaje, despegue, etc.) más que para aumentar la sustentación a
velocidades normales de operación. (Muñoz, 2010)
Peso
El peso es la fuerza de atracción gravitatoria sobre un cuerpo, siendo su dirección
perpendicular a la superficie de la tierra, su sentido hacia abajo, y su intensidad
proporcional a la masa de dicho cuerpo. Esta fuerza es la que atrae al avión hacia la
tierra y ha de ser contrarrestada por la fuerza de sustentación para mantener al avión
en el aire. (Muñoz, 2010)
46
Gráfico Nº7
Dirección y sentido del peso
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
Dependiendo de sus características, cada avión tiene un peso máximo que no debe ser
sobrepasado.
Centro de gravedad
Es el punto donde se considera ejercida toda la fuerza de gravedad, es decir el peso.
El centro de gravedad es el punto de balance de manera que si se pudiera colgar el
avión por ese punto específico este quedaría en perfecto equilibrio. El avión realiza
todos sus movimientos pivotando sobre el C.G.
La situación del centro de gravedad respecto al centro de presiones tiene una
importancia enorme en la estabilidad y control del avión
Resistencia
La resistencia es la fuerza que impide o retarda el movimiento de un aeroplano. La
resistencia actúa de forma paralela y en la misma dirección que el viento relativo,
47
aunque también podríamos afirmar que la resistencia es paralela y de dirección
opuesta a la trayectoria.
Gráfico Nº8
Dirección y sentido de la resistencia
Elaboración: Walter Macao
Fuente: www.manualdevuelo.com
Empuje o Tracción
Para vencer la inercia del avión parado, acelerarlo en la carrera de despegue o en
vuelo, mantener una tasa de ascenso adecuada, vencer la resistencia al avance se
necesita una fuerza: el empuje o tracción. Para obtener este empuje se necesita
acelerar una masa de aire pero a una velocidad mucha mayor a la del aeroplano.
La reacción, de igual intensidad pero de sentido opuesto (3ª ley del movimiento de
Newton), mueve el avión hacia adelante. En aviones de hélice, la fuerza de propulsión
la genera la rotación de la hélice, movida por el motor (convencional o turbina); en
reactores, la propulsión se logra por la expulsión de los gases quemados por la
turbina. (Muñoz, 2010)
48
Esta fuerza se ejerce en la misma dirección a la que apunta el eje del sistema
propulsor, que suele ser más o menos paralela al eje longitudinal del avión.
Gráfico Nº9
Dirección y sentido de empuje
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
El factor principal que influye en esta fuerza es la potencia de los motores, pero hay
otros elementos que también influyen como pueden ser la forma y tamaño de la
hélice, la configuración de la hélice y la densidad del aire son algunos factores
determinantes, para que exista un empuje necesariamente se habla de potencia en
motores eléctricos como los utilizados en este proyecto ya que potencia es
equivalente a energía por unidad de tiempo, a mayor potencia mayor capacidad de
aceleración. Entonces es a potencia es el factor más importante a la hora de
determinar la tasa de ascenso de cualquier aeroplano. De hecho la tasa máxima de
ascenso de un avión no está relacionada con la sustentación, sino con la potencia
disponible descontada la necesaria para mantener un vuelo nivelado. (Muñoz, 2010).
49
Estas cuatro fuerzas están definidas respecto a tres sistemas de coordenadas
diferentes: la sustentación y la resistencia están definidas en relación al viento
relativo; el peso respecto al centro de la tierra, y el empuje con respecto a la
orientación del aeroplano. Esta situación puede verse un poco más complicada porque
por ejemplo el empuje y la resistencia tienen componentes verticales que se oponen al
peso, mientras la sustentación tiene un componente horizontal. (Muñoz, 2010)
Para que un vuelo sea recto y nivelado es necesaria la velocidad constante esto traerá
consigo que, las fuerzas que actúan hacia abajo se compensan con las que actúan
hacia arriba, y las que actúan hacia delante se equilibran con las que actúan hacia
atrás.
Ejes de vuelo y sustentación
Ejes del avión
Son líneas imaginaria trazadas sobre un avión. Su denominación y los movimientos
que se realizan alrededor de ellos son los siguientes:
Eje longitudinal
Es el eje imaginario que va desde el morro hasta la cola del avión. El movimiento
alrededor de este eje (levantar un ala bajando la otra) se denomina alabeo (en inglés
"roll"). También se le denomina eje de alabeo, nombre que parece más lógico pues
cuando se hace referencia a la estabilidad sobre este eje, es menos confuso hablar de
estabilidad de alabeo que de estabilidad "transversal". (Muñoz, 2010)
50
Eje transversal o lateral
Eje imaginario que va desde el extremo de un ala al extremo de la otra. El
movimiento alrededor de este eje (morro arriba o morro abajo) se denomina cabeceo
("pitch" en inglés). También denominado eje de cabeceo, por las mismas razones que
en el caso anterior. (Muñoz, 2010)
Eje vertical
Eje imaginario que atraviesa el centro del avión. El movimiento en torno a este eje
(morro virando a la izquierda o la derecha) se llama guiñada ("yaw" en inglés).
Denominado igualmente eje de guiñada. En un sistema de coordenadas cartesianas, el
eje longitudinal o de alabeo sería el eje "x"; el eje transversal o eje de cabeceo sería el
eje "y", y el eje vertical o eje de guiñada sería el eje "z". El origen de coordenadas de
este sistema de ejes es el centro de gravedad del avión. (Muñoz, 2010)
Estos ejes de vuelo y sustentación constituyen la fase inicial que todo piloto de
cualquier tipo de aeronave tripulada o no tripulada debería conocer pues es sobre
estos ejes que cada acción que se realice en el dispositivo se verá reflejado
directamente sobre este sistema de coordenadas.
51
Gráfico Nº10
Ejes de vuelo y sustentación
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
CONCEPTOS Y HERRAMIENTAS DE DISEÑO PARA EL
DISPOSITIVO AÉREO
El modelado está basado en leyes físicas que describen la posición y orientación del
dispositivo aéreo quadrotor.
El diseño del quadrotor se concibe como un modelo dinámico el cual debe despegar
horizontal y verticalmente el mismo que posee cuatro propulsores al final de una
estructura en cruz y perpendicularmente ubicados en cada una de las barras de
aluminio. Es de suma importancia para el estudio dinámico del este dispositivo
52
abordar los conceptos de mecánica de cuerpos rígidos, dinámica de vuelo,
aerodinámica, sistemas dinámicos y control entre otros conceptos.
Mecánica de Cuerpos Rígidos
Para la obtención de un modelo que sea dinámico tenemos que tratar al dispositivo
como un cuerpo rígido en el espacio, el cual estará sujeto a una fuerza principal
(empuje) y tres momentos (alabeo, cabeceo, giro). En la figura se muestra las fuerzas
que ejercen las hélices para generar el movimiento del vehículo.
Gráfico Nº11
Esquema de funcionamiento de un Quadrotor
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
53
El dispositivo aéreo que se utilizará para este proyecto es un quadrotor en
configuración X. Todos los movimientos del dispositivo se consiguen a partir de las
velocidades cambiantes de cada rotor que posee, estos rotores están compuestos por
un motor eléctrico de corriente continua y un rotor de aspas. Para lograr el
movimiento de giro en sentido horario y anti horario utiliza un par de motores que
giran en ese mismo sentido, es decir, para lograr el movimiento en sentido de las
agujas del reloj hará uso de los motores uno y dos, mientras para conseguir el
movimiento anti horario hará uso de los motores tres y cuatro, estos movimientos se
obtienen aumentando la velocidad de dichos rotores.
La inclinación hacia la derecha se consigue aumentando la velocidad de los rotores
uno y cuatro para la configuración X, para obtener la inclinación hacia la izquierda se
conseguirán aumentando la velocidad de los rotores dos y tres. El desplazamiento
hacia delante se consigue aumentando la velocidad de los motores tres y uno,
mientras que para el desplazamiento hacia atrás es conseguido gracias al aumento de
velocidad en los rotores dos y cuatro.
El ascenso o descenso es conseguido por la fuerza de empuje generado por los rotores
uno, dos, tres y cuatro colocados configurados para que roten en contra y pro las
manecillas del reloj. Los motores tres y cuatro giran en sentido horario mientras que
los motores dos y uno giran en sentido anti horario.
54
Gráfico Nº 12
Esquema de configuración de un Quadrotor
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
ARQUITECTURA DEL VEHÍCULO VOLADOR
La arquitectura es la parte primordial para que el dispositivo volador pueda ser el
idóneo para combatir o acomodarse en el ambiente en el cual va a ser incursionado,
muchos son los factores que intervienen en el vuelo, las leyes que explican el vuelo,
las fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo.
Lo que se describirá serán los componentes estructurales del vehículo volador,
resaltando como mayor ámbito la estructura dinámica para lograr y sustentar el
vuelo.
55
Para lograr estudiar la arquitectura se dividió el gran sistema del quadrotor en varios
sistemas que lo componen, partiendo de la estructura dinámica del fuselaje para darle
ligereza, estabilidad y maniobrabilidad, para luego pasar al estudio de las partes
mecánicas, desde los motores hasta los sensores pasando por el sistema de
procesamiento de video e imágenes y la estación en tierra.
Gráfico Nº 13
Esquema de estructura de un quadrotor
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
Alimentación Batería
Motores
ESC´s
Estructura
Control
Adaptación
de Señal
Unidad de Control Comunicación
Ip Cámara
Transmisor
Receptor
Sensores
Giroscopios
Acelerómetros
Magnetómetro
Altímetro
Sonar
Gps Alarma de Batería
56
Gráfico Nº 14
Esquema de estructura de control en tierra
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
Componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control
Fuselaje
Del francés "fuselé" que significa "ahusado", se denomina fuselaje al cuerpo principal
de la estructura del avión, cuya función principal es la de dar cabida a la tripulación, a
los pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al resto de los
componentes.
Unidad de Proceso
Procesamiento
de Imágenes
Control
Transmisor
Receptor
Comunicación
Almacenamiento
Dispositivo de almacenamiento
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El diseño del fuselaje además de atender a estas funciones, debe proporcionar un
rendimiento aceptable al propósito a que se destine el avión. En el fuselaje interviene
de gran manera la estructura que menor resistencia aerodinámica nos de cómo son los
de sección circular, elíptica u oval.
Este dispositivo está dado por un marco estructurado de tal forma que logre dar
soporte a todos los elementos que conforman el dispositivo el cual está formado por
dos tubos de aluminio que ofrecen resistencia y durabilidad, piezas de vinil que
soportan los motores, partes de plástico que dan soporte a los elementos eléctricos,
electrónicos y mecánico.
El diseño de la estructura de la parte central del dispositivo corresponde a un diseño
de distribución, descarga libre y o modificación disponible en el proyecto arducopter
en el repositorio de google, el mismo que posee características fundamentales y
claves para la configuración de vuelo de este dispositivo así mismo para la
introducción de componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos del dispositivo a
implementarse.
Los materiales para su fabricación son de diferente índole entre ellos tenemos
acrílico, plástico, metal aluminio, fibra de carbono y resinas de fibra de vidrio (FR4)
y baquelita.
58
El material usado debido a su bajo peso y fácil maleabilidad es la resina de fibra de
vidrio o también llamado FR4 ( Gráfico Nº 15
Placa principal en la estructura del dispositivo.
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
Alas
Son el elemento primordial de cualquier aeroplano. En ellas es donde se originan las
fuerzas que hacen posible el vuelo. En su diseño se tienen en cuenta numerosos
aspectos: peso máximo a soportar, resistencias generadas, comportamiento en la
pérdida, es decir, todos aquellos factores que proporcionen el rendimiento óptimo
para compaginar la mejor velocidad con el mayor alcance y el menor consumo
energía posible.
Este dispositivo posee si bien se puede decir cuatro alas o brazos configurados de tal
manera que ninguno se vea afectado por el otro, los materiales que se usan para el
diseño, fabricación e implementación son elegidos teniendo en cuenta factores como
resistencia, ligereza o peso, fácil moldeabilidad , abundancia en nuestro medio y bajo
costo, por lo general estas estructuras están hechas de madera, pvc, aluminio, fibra de
59
vidrio, fibra de carbono, siendo esta última la más utilizada e idónea ya que cumple
con los requisitos de selección de resistencia y ligereza, pero no es muy abundante en
nuestro medio y tampoco de bajo costo, por lo que se seleccionó en segundo plano
como el más idóneo el aluminio.
Gráfico Nº 16
Aluminio tubular cuadrado para brazos
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Internet
El material seleccionado para este fin deberá regirse a parámetros que no afecten el
peso total del dispositivo así como su sustentación, para ello se eligió el aluminio
tubular con las características que se describe en la figura.
Gráfico Nº 17
Corte frontal del material utilizado
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigación
1.65 cm
1.65 cm 0.5 mm
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Acoples para motores
Toda aeronave para su sustentación, alabeo, cabeceo, ascenso/descenso posee
motores que le ayudan a realizar estas tareas que según el diseño son la parte clave
de la aeronave y por ende esta parte tiene que regirse a ciertas condiciones idóneas
para albergar a los motores.
Gráfico Nº 18
Esquema de la ubicación de motores
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
En los quadrotors la ubicación ideal se encuentra en el extremo de los brazos pero
para su acople se necesita accesorios que al igual que sus brazos cumplan ciertas
normas de rigidez, ligereza y absorción de vibraciones producidas por los motores de
corriente.
El material utilizado de bajo costo y abundante en nuestro medio es el aluminio por
lo que se hace idóneo para esta tarea.
61
Gráfico Nº 19
Esquema piezas que fijan los motores
Pieza A Pieza B
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
La fabricación de los acoples se la realiza a partir de un modelo de libre distribución
que se encuentran en los repositorios de google. Para ello se trazó el modelo sobre un
material fácil de moldear como es la madera especialmente la balsa, luego de
moldear y elegir exactamente la configuración de orificios, se da el acabado final
sobre el molde siguiendo fielmente las características del modelo escogido para
plasmar en el material seleccionado y confeccionar finalmente la pieza requerida.
Superficies de mando y control.
Son las superficies movibles situadas en las alas y en los empenajes de cola, las
cuales respondiendo a los movimientos de los mandos existentes en la cabina
provocan el movimiento del avión sobre cualquiera de sus ejes (transversal,
longitudinal y vertical). También entran en este grupo otras superficies secundarias,
cuya función es la de proporcionar mejoras adicionales relacionadas generalmente
con la sustentación.
62
Si bien es cierto esto es fundamental en una aeronave los quadrotor cumplen estos
requerimientos haciendo uso de cada uno de los cuatro motores de corriente continua
situados en los extremos de sus brazos.
Las superficies de mando y control modifican la aerodinámica de un avión
provocando un desequilibrio de fuerzas, una o más de ellas cambian de magnitud.
Este desequilibrio, es lo que hace que el avión se mueva sobre uno o más de sus ejes,
incremente la sustentación, o aumente la resistencia.
Tren de aterrizaje
Tiene como misión amortiguar el impacto del aterrizaje o permitir la rodadura y
movimiento del avión en tierra. Puede ser fijo o retráctil, y de triciclo (dos ruedas
principales y una de frente) o patín de cola (dos ruedas principales y un patín o rueda
en la cola), todas estas características o requerimientos son analizados para elegir
exactamente el modelo que se ajuste a las necesidades del dispositivo dependiendo
del ambiente y la superficie sobre la cual trabajará el dispositivo de reconocimiento
aéreo.
Existen diferentes materiales que se utilizan para la construcción o fabricación de los
trenes de aterrizajes de este tipo de dispositivos entre los más utilizados debido a su
ligereza y resistencia son el aluminio o la fibra de carbono.
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Gráfico Nº 20
Ubicación del tren de aterrizaje en el dispositivo
Ubicación A Ubicación B
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Para la selección de la ubicación del tren de aterrizaje se debe tomar en cuenta las
singularidades del dispositivo, la ubicación de los componentes mecánicos, eléctricos
y electrónicos que posee el dispositivo, pues si se elige una ubicación sin tomar en
cuenta algún dispositivo puede interferir en el desenvolvimiento de este dispositivo
como son cámaras, sistemas de estabilización.
En la selección se la ubicación se tomó en cuenta que además de darle un soporte para
el aterrizaje, ayude también a la protección de la cámara IP que forma aparte de los
componentes electrónicos que servirá como ojos para el dispositivo y los ojos en
tierra para el control y obtención de imágenes.
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En la construcción del tren de aterrizaje se utiliza aluminio tubular para hacer ligero y
a la vez obtener mayor resistencia al impacto en tierra al momento de aterrizar para
proteger la integridad estructural del dispositivo en sí.
Gráfico Nº 21
Componente tren de aterrizaje
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Grupo motopropulsor
Encargado de proporcionar la potencia necesaria para contrarrestar las resistencias del
aparato, tanto en tierra como en vuelo, impulsar a las alas y que estas produzcan
sustentación, y por último para aportar la aceleración necesaria en cualquier
momento.
Este grupo puede estar constituido por uno o más motores; motores que pueden ser de
pistón, de reacción, turbopropulsores, etc. Dentro de este grupo se incluyen las
hélices, que pueden tener distintos tamaños, formas y número de palas.
135º
120º
65
Auxiliar- modulo rotación.
Resto de sistemas destinados a ayudar al funcionamiento de los elementos anteriores
o bien para proporcionar más confort o mejor gobierno de la aeronave.
Al ser un dispositivo de reconocimiento cuya misión fundamental o eje principal es
proporcionar una visión desde el aire de la panorámica que se quiere de un
determinado lugar, se ve imperioso el control de los diferentes ángulos de visión, por
lo tanto se debe diseñar o implementar un módulo para esta tarea que deberá regirse
en los planos del espacio.
Gráfico Nº 22
Ejes de rotación de la cámara a bordo
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Esta rotación permite que se obtengan imágenes de diferentes ángulos sin la
necesidad de interactuar directamente sobe el comportamiento íntegro del dispositivo
sino más bien se logra interactuar con el mecanismo y módulo de rotación de la
cámara.
Los ejes de rotación como se describe en la gráfica son de izquierda a derecha sobre
el eje Y en ambos lados con un ángulo de rotación de 90º para cada lado con lo que se
consigue una rotación de media vuelta es decir sumados los dos ángulos se obtiene la
66
totalidad de 180º horizontalmente, mientras tanto que el ángulo de rotación sobre el
eje X o de arriba hacia abajo y viceversa es de 90º.
Para su diseño y construcción se tomó en cuenta las características de la cámara como
su forma y peso, para de esta manera obtener un acople casi perfecto con el módulo
de rotación a implementarse, para ello se utilizó aluminio como soporte integral del
dispositivo dado su bajo peso y alta resistividad. El módulo consta de dos partes
fundamentales que son el soporte del uno y el otro elemento que en conjunto
funcionan a la perfección.
Gráfico Nº 23
Eje de rotación sobre X
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
La figura muestra el detalle de configuración de la primera pieza de rotación.
Gráfico Nº 24
Eje de rotación sobre Y
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
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El sistema de rotación completo se consigue al interactuar las dos piezas con los
servo-motores montados, los cuales proveen de la fuerza necesaria para el
movimiento para cada pieza.
Gráfico Nº 25
Esquema del servo motor utilizado para la rotación
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Control de altura y velocidad.
Para el control del aeroplano es fundamental controlar la velocidad y la altitud
respectiva, esta tarea resultaría fácil si se dispondría en el avión de controles que
cuando se cambie de velocidad no cambiare la altitud o sin cambiar la altitud tampoco
cambiara la velocidad. Estos controles son un sueño imposible de poner en práctica
en un avión pues en la realidad si afectamos la velocidad también cambiara la altitud
y viceversa.
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El control de la altura y velocidad dispone el entendimiento que no existe un control
primario de velocidad y altitud no tiene un mando que controla exclusivamente la
altitud y nada más, y otro que controla únicamente la velocidad. No existe un avión
con unos controles así.
Lo único se es cierto es que:
El volante de mando controla la actitud de morro del avión y por
extensión el ángulo de ataque.
El mando de gases controla la potencia. Esta potencia se puede utilizar
para superar la resistencia, para acelerar, o para ascender.
Ninguno de los dos controles controla independientemente la altitud y la velocidad.
Mando de Gases.
El mando de gases controla la potencia, pues infiere directamente en:
Proporciona la fuerza suficiente para vencer la resistencia.
Todo vuelo recto y nivelado requiere mayor potencia.
Una mayor potencia proporciona mantener al avión en una misma
trayectoria.
Mientras se esté en un ambiente de vuelo tranquilo con un vuelo recto, nivelado y
con una potencia moderada, el fenómeno que sucede al aplicar mayor gas o potencia
se pensaría que el avión tomaría mayor velocidad pero lo que en realidad sucede es
que no acelera sino más bien baja la velocidad y comienza a ascender.
69
Sistemas y subsistemas en el dispositivo
Sistema sensor
El sistema sensor de un UAV representa la capacidad de percepción que tiene el robot
para conocer su estado dentro del entorno en que desarrollará el vuelo. Aunque sería
deseable incluir la mayoría de los sensores que se utilizan en la robótica tradicional.
Sin embargo, debido al reducido peso con el que puede cargar un aparato de este tipo,
es necesario limitar el número de sensores a los imprescindibles. Los sensores más
comunes son: sensor inercial formado por acelerómetros, giróscopos y
magnetómetros para determinar la orientación absoluta del robot en el aire, un GPS
para determinar la posición absoluta en el espacio y una cámara de video para
localizar elementos de referencia importantes para la navegación. (Simón, 2014)
Todos estos sensores facilitan el control y funcionamiento del dispositivo para la
estación en tierra.
Sensor inercial
Es un dispositivo electrónico que mide e informa acerca de la velocidad, orientación y
fuerzas gravitacionales de un aparato, usando una combinación de acelerómetros y
giróscopos. Las unidades de medición inercial son normalmente usadas para
maniobrar aviones, incluyendo vehículos aéreos no tripulados, entre muchos otros
usos, y además naves espaciales, incluyendo transbordadores, satélites y
aterrizadores.
70
La IMU es el componente principal de los sistemas de navegación inercial usados en
aviones, naves espaciales, buques y misiles guiados entre otros. En este uso, los datos
recolectados por los sensores de una IMU permiten a un computador seguir la
posición del aparato, usando un método conocido como navegación por estima.
(Wikipedia, 2013)
Estos sensores facilitan el control del dispositivo para la estación en tierra y
proporciona información referente del estado del dispositivo..
Sistema controlador
El sistema controlador del UAV se encarga de dar los comandos apropiados al
sistema motor para que el movimiento que describa el aparato sea el apropiado en
cada situación. En la mayor parte de los casos el corazón del sistema controlador es
un microcontrolador conectado a los diferentes sensores y a los drivers de los
motores. Es frecuente además que este sistema controlador esté conectado a una
antena para poder establecer una comunicación con una estación base situada en
tierra. (Robotica, http://asrob.uc3m.es/, 2014)
71
PLACAS CONTROLADORAS Y COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Ardupilotmega Imu Shield / v1.0
La IMU es una tarjeta que cuenta con una amplia gama de sensores necesarios para la
UAV y aplicaciones de robótica, incluyendo la rotación de tres ejes angular y
sensores de aceleración, presión absoluta y el sensor de temperatura, 16MBits chip de
registro de datos y mucho más.
Es también conocido como el depósito de aceite, está diseñado para encajar
perfectamente en la parte superior (o inferior) de la tarjeta ArduPilot Mega. Este es un
completo que contiene una gran variedad de sensores necesarios para la UAV y otras
aplicaciones de robótica, incluyendo 3 sensores de eje angular de rotación y
aceleración, presión absoluta y sensores de temperatura. Un chip 16MBits registrador
de datos también se incluye para todas sus necesidades de registro de datos. También
un interruptor se relacionan se incluye para activar las cámaras, la luz y la carga útil.
Se debe tener un especial cuidado al momento de soldar los componentes para juntar
las dos tarjetas ya que son muy sensibles y se requiere un nivel medio de soldadura
para realizar esta labor.
Para utilizarla en el modo piloto automático necesita la adición especial de un GPS y
una unidad de telemetría por la cual se enviaran y recibirán datos.
72
Esta placa no viene con ningún software instalado, pero puede ser fácilmente
descargado e instalado.
Este producto es compatible con aeronaves de ala fija, helicópteros y varios vehículos
de rotor, y cualquier otra plataforma robótica que desea utilizarlo. El código permite
hacer los cambios que desee para adaptarse a su aplicación, o se puede usar tal cual
es. Se puede incluso utilizarlo como una estación meteorológica, esto dependerá del
uso que se le dará.
Esta tarjeta de sensores poseen las características citadas a continuación.
Características
Regulador de doble 3.3V (uno dedicado a sensores analógicos)
Relé interruptor de cámaras, luces, cargas útiles
Construido en el registrador de datos de 16 Mb
ADC de 12 bits para una mejor Gyro / aceleración / resolución de
lectura de velocidad del aire
Piano interruptor DIP para atrás servo (el usuario)
Construido en FTDI, lo que permite a la Junta a ser nativo USB
Dedicado módem / puerto de OSD
El puerto I2C con 'cadenita Junta Ingresos que le permite construir
redes de sensores
Dos botones programables del usuario
73
12-bits puertos de expansión analógicos
Botón de restablecimiento
En opción, a través de orificio "divisores de tensión (fácil de soldar)
LEDs de estado muchos
Resistente a las vibraciones del eje tripple Invensese giroscopios (apto
para helicópteros y aplicaciones tendencia a las vibraciones)
Dispositivos de triple eje analógico acelerómetro
Velocidad del aire puerto de sensor (sensor de velocidad se vende por
separado)
Bosch presión absoluta y el sensor de temperatura para la altitud exacta
74
Gráfico Nº 26
Ardupilotmega imu shield / v1.0
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
CUADRO Nº 3
LED´S INDICADORES EN LA PLACA IMU SHIEL V1.0
LEDs: Comportamiento
Power Encendido cuando hay energía.
TX lectura de datos entrantes por el puerto USB/FTDI
RX lectura de datos salientes por el puerto USB/FTDI
A Green LED. After initial and successful boot this LED will be on
A (Solid) System ready and motors are disarmed, safe to move quad
A (Blink slow) Motors armed, Stable flight mode
A (Blink rapid) Motors armed, Acro flight mode
B Yellow LED. GPS Position Hold Status
B (ON) GPS position hold on
75
B (OFF) No GPS hold
C Red LED. GPS Fix Status
C (ON) 2D or 3D fix lock on GPS
C (OFF) No reliable GPS info available
Fuente: Repositorio de google.
Investigador: Walter Macao
Componentes de la Imu Shield
Altímetro.
El altímetro muestra la altura a la cual está volando el avión. El hecho de que sea el
único aparato que indica la altitud del aeroplano hace del altímetro unos de los
instrumentos más importantes. Para interpretar su información, el piloto debe conocer
sus principios de funcionamiento y el efecto de la presión atmosférica y la
temperatura sobre este instrumento. (Muñoz, 2010)
Variómetro.
El variómetro o indicador de velocidad vertical muestra al piloto dos cosas: a) si el
avión está ascendiendo, descendiendo, o vuela nivelado; b) la velocidad vertical o
régimen, en pies por minuto (f.p.m), del ascenso o descenso. Este instrumento
también se denomina abreviadamente VSI (Vertical Speed Indicator).
El variómetro es un instrumento sensible a la presión que indica la tasa o régimen de
ascenso/descenso del avión en pies por minuto, su funcionamiento está basado en la
76
contracción/expansión de un diafragma o membrana por la diferencia de presión entre
el interior y el exterior de la misma.
Aunque este aparato funcione por presión diferencial, solo necesita recibir la presión
estática. (Muñoz, 2010)
Indicador de actitud
El indicador de actitud, también llamado horizonte artificial, es un instrumento que
muestra la actitud del avión respecto al horizonte. Su función consiste en
proporcionar al piloto una referencia inmediata de la posición del avión en alabeo y
profundidad; es decir, si está inclinado lateralmente, con el morro arriba o abajo, o
ambas cosas, con respecto al horizonte. La incorporación del horizonte artificial a los
aviones ha sido fundamental para permitir el vuelo en condiciones de visibilidad
reducida o nula.
Este instrumento opera en base a una propiedad giroscópica, concretamente la de
rigidez en el espacio. (Muñoz, 2010)
Gps
El GPS (Sistema de posicionamiento global) es un sistema global de navegación por
satélite que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una
persona o un vehículo, con una precisión hasta de centímetros. El GPS funciona
mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el globo, a 20.200 kph, con
trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra.
77
Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza
automáticamente como mínimo tres satélites de la red. Al final obtenemos la
longitud, latitud y altura de donde se encuentra ubicado el receptor GPS. Un receptor
GPS es muy útil en robótica para saber la posición de un robot respecto a la tierra.
(Wikipedia, www.wikipedia.org, 2013)
Gráfico Nº 27
Módulo GPS
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Tarjeta Ardupilot con Atmel 2560
ArduPilot Mega es un piloto automático totalmente programable requiere un módulo
GPS y los sensores ( Tarjeta IMU) para el funcionamiento de un vehículo aéreo no
tripulado (UAV). El piloto automático se encargará de la estabilización y la
navegación, eliminando la necesidad de un sistema de estabilización por separado.
También admite un modo de "fly-by-wire" de que pueda estabilizar la aeronave
durante el vuelo de forma manual bajo el control de RC, por lo que es más fácil y más
seguro para volar. El hardware y software son de código abierto.
La placa es delicada por lo que se requiere de un cierto nivel de práctica en soldadura
electrónica para no malograrla. El Firmware por lo general ya viene cargado desde la
78
tienda, pero el software de piloto automático debe ser descargado y cargado a la placa
por el usuario y se programa con el IDE de Arduino.
Características:
El controlador diseñado para ser usado con aeronaves autónomos, en
coche o en barco.
Basado en un procesador ATmega2560 - 16MHz.
Incorpora FailSafe, utiliza un circuito separado (chip multiplexor y el
procesador ATMega328) para transferir el control del sistema de RC
para el piloto automático y viceversa. Incluye la capacidad de reiniciar
el procesador principal en pleno vuelo.
Doble procesador con 32 MIPS de potencia a bordo
Soporta waypoints en 3D y rutas (limitado sólo por memoria)
Viene con un conector de 6-pin GPS.
Tiene 16 entradas analógicas (con ADC en cada una) y 40
entradas/salidas digital de para agregar sensores adicionales
Cuatro puertos serie dedicada a la telemetría bidireccional (utilizando
módulos XBee opcional) y la expansión
Puede ser alimentada por el receptor RC o una batería independiente
Hardware-driven servo control: lo que significa menos sobrecarga del
procesador, respuesta más rápida y menos nerviosismo.
79
Ocho canales RC (incluyendo el piloto automático encendido /
apagado de canal) puede ser procesada por el piloto automático.
LED de encendido, estado de FailSafe, piloto automático y GPS
Software de piloto automático.
Dimensiones: 40mm x 69mm
Gráfico Nº 28
Esquema de la placa Ardupilot con Atmel 2560
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
80
CUADRO Nº 4
LED INDICADORES EN LA PLACA ARDUPILOT ATMEL 2560
LEDs: Comportamiento
Power Encendido cuando tiene energía.
MUX Encendido cuando el switch está en modo manual.
PPM Flashea cuando recibe señales del radio control
Fuente: Googledocs
Investigador: Walter Macao
SISTEMA PROPULSOR
Motores brushless
Los motores brushless o trifásicos son muy superiores a los motores DC en dos
aspectos fundamentales: relación potencia-peso (también menor tamaño para la
misma potencia) y eficiencia. Esto implica que la cantidad de energía eléctrica que se
transforma en energía mecánica es mucho mayor.
La palabra brushless se puede traducir como "sin escobillas", estos motores carecen
de colector y escobillas o carbones como podemos ver en el gráfico Nº29. En vez de
funcionar en DC funcionan en AC, la mayoría se alimentan con una señal trifásica,
esta señal idealmente debería ser sinusoidal, pero en la práctica son pulsos.
La tendencia en los sistemas quadrotores es utilizar los motores brushless, ya que
ofrecen mayor rendimiento y mayor potencia ante las baterías.
81
Como se observa en el diseño del quadrotor se ha utilizado este tipo de motores DC
por su sencillez de uso y el precio económico que tienen. (E-Radiocontrol, 2012)
Gráfico Nº 29
Motores electrico Brusheless
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Esc (Control electrónico de velocidad)
El Controlador electrónico de Velocidad por sus siglas en inglés, es un dispositivo
electrónico que controla la velocidad del motor.
Gráfico Nº 30
Circuito control electrónico de velocidad
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Este dispositivo tiene las siguientes características:
82
A la izquierda:
Cable rojo y negro: Alimentación del motor, va conectado a la placa de
distribución de energia.
Un Conector de 3 pins que será la encargada de recibir, procesar y
transformar las señales enviadas por la placa de control.
Amarillo: Señal PWM 50Hz desde la placa de control.
Rojo y negro: Alimentación del ESC
A la derecha:
3 cables de trifásica para la alimentación de los motores los cuales
enviarán corriente y proporcionará la dirección de giro del motor.
Hélices
La hélice es un dispositivo constituido por un número variable de aspas (2, 3, 4...)
que al girar alrededor de un eje producen una fuerza propulsora. Cada pala está
formada por un conjunto de perfiles aerodinámicos que van cambiando
progresivamente su ángulo de incidencia desde la raíz hasta el extremo (mayor en la
raíz, menor en el extremo). (Muñoz, 2010)
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.
83
Gráfico Nº 31
Hélices para la propulsión
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
SISTEMA ELÉCTRICO
La energía eléctrica es necesaria para el funcionamiento de muchos sistemas e
instrumentos del aeroplano: arranque del motor, radios, luces, instrumentos de
navegación, y otros dispositivos que necesitan esta energía para el funcionamiento de
motores, placas controladoras, sensores y en algunos casos accionamiento de flaps,
subida o bajada del tren de aterrizaje, avisador de pérdida de señal, baja de energía.
Hace varios años muchos aeroplanos no contaban con un sistema eléctrico en la
actualidad muchos aviones están equipados con un sistema eléctrico cuya energía
alimenta a otros sistemas y dispositivos. Este tipo de dispositivos necesitan de la
energía eléctrica proporcionada ya que el corte de esta energía influye directamente
84
en los motores, si hay ausencia de energía los motores dejaran de girar y por ende el
avión se ira a pique.
La mayoría de los aviones de este tipo tienen un sistema de corriente continua de 12
voltios la misma que suministra la potencia necesaria para su funcionamiento existen
aviones de mayor tamaño que están dotados de sistemas de 24 voltios, pues necesitan
mayor capacidad para sus sistemas más complejos, incluyendo la energía adicional
para arrancar motores más pesados.
Circuito reductor de voltaje
La reducción de energía se produce debido a que el dispositivo encargado de la
recolección de datos (Fotografías y videos) requiere un voltaje menor al suministrado
por la batería que alimenta de energía a todos los sistemas y subsistemas con los
cuales consta el dispositivo.
Se requiere reducir 12V a 5,5V de corriente, para esto utilizaremos cuatro elementos
electrónicos muy conocidos, como son:
Diodo
Capacitor
Circuito LM7805
Resistencia
85
Gráfico Nº32
Esquema circuito reductor de corriente
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Como se puede apreciar en el gráfico, su diseño es relativamente fácil de hacer, se
puede ver el pin‐out del LM7805. Input es la entrada de voltaje no regulado y debe
ser mayor que 7V. GND es la tierra y Output es la salida de 5V regulada.
A nuestra circuito le estamos entregando 12V (podemos suministrar hasta 15V) y 5V
a nuestra salida para la cámara wireless.
Placa de distribución de energía
La placa de distribución de energía es la encargada de recibir y distribuir la carga de
corriente suministrada por la batería hacia los motores, los CES de los motores, las
placas de control de vuelo, tarjeta de los sensores, cámara, receptor de radio.
86
Batería.
La batería o acumulador, como su propio nombre lo indica, transforma y almacena la
energía eléctrica en forma química. Esta energía almacenada se utiliza para arrancar
el motor, y como fuente de reserva limitada para uso en caso de fallo.
Por muy potente que sea una batería, su capacidad es notoriamente insuficiente para
satisfacer la demanda de energía de los sistemas e instrumentos del avión, los cuales
la descargarían rápidamente. Para paliar esta insuficiencia, los aviones están
equipados con generadores o alternadores. (Muñoz, 2010)
Este tipo de baterías deben ser manipuladas con cuidado puesto que necesitan de un
cargador especial que suministre la posibilidad de balancear la carga y suministrar el
voltaje adecuado para alargar su tiempo de vida útil y operativa.
Alarma de batería baja
Es un dispositivo encargado de medir el voltaje suministrado por la batería y
compararlo con un rango de valor en las cuales el funcionamiento de todos y cada
uno de los componentes del dispositivo volador podrán funcionar a la perfección,
cumpliendo las expectativas esperadas.
MÓDULO DE CONTROL
La esencia de todo dispositivo es la forma mediante la cual recibe órdenes desde y
hacia el dispositivo, ya que al no ser un dispositivo autónomo y carente de algunos
sensores hacen que el dispositivo dependa en un 95% de quien lo controle, es decir,
87
controle su comportamiento al volar, dirección de vuelo, altitud, evasión de
obstáculos.
El módulo para el control del dispositivo consta básicamente de dos partes: un
transmisor que es quien envía las señales al dispositivo y un módulo receptor que
quien traduce las señales recibidas para que se ejecuten en el dispositivo.
Módulo de comunicación
Este equipo debe ser adecuadamente reseteado antes de poder utilizarlo. Todos los
interruptores ubicados en la parte superior del Transmisor deben estar en posición
hacia atrás. Todos los ubicados en el frente deben estar en posición hacia arriba y las
palancas deben estar en posición de descanso ( cero ) antes de encenderlo y proceder
a programarlo, al no tener en cuenta estas normas para su correcto se generara en el
módulo un código de error.
A fin de prevenir posibles daños o accidentes, se debe proceder de la siguiente
manera para apagar o encender el equipo:
1. Posicionar el Stick de Aceleración en su punto cero ( abajo )
2. Encender el Transmisor y espere a que aparezca la información en el Display
3. Asegurarse de seleccionar el tipo de modelo a volar adecuado
4. Extender a una posición adecuada la antena
5. Encender el Receptor
88
6. Probar todos los controles. Si se detecta que un servo no actúa adecuadamente
NO intente volar el modelo hasta verificar y corregir el problema.
7. Encender / Acelerar levemente el motor
8. Realizar el procedimiento de prueba de distancia ( regla de los 30 pasos )
9. Después de volar, llevar y asegurar el Stick de Aceleración a su punto cero
(abajo).
10. Apagar el Receptor
11. Apagar el Transmisor
Básicamente, el sistema TURNIGY 9X consta de tres componentes. Transmisor (Tx),
Módulo RF de señal, y Receptor (Rx) tal como muestran las imágenes del gráfico.
Gráfico Nº 33
Componentes del sistema de control dispositivo-tierra
89
Transmisor TGY-9X
Módulo CT8J-9X Receptor CR8F-9X
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
En el gráfico se muestra la distribución de los Controles en el equipo TURNIGY 9X.
Algunos de estos pueden venir de fábrica en distinta posición. Así también, algunas
funciones pueden modificarse mediante el Menú del Panel de Control.
Gráfico Nº 34
Vista frontal- posterior, distribución de controles en el módulo transmisor
90
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Arranque de Motores.
A la hora de arrancar el motor, el hecho de que este se encuentre frío y que el aceite
tardará unos segundos antes de llegar a todos los sitios, aumenta las posibilidades de
que un manejo incorrecto le produzca daños.
91
IMPLEMENTACIÓN
Control, Configuración, Calibración y Simulación Del Dispositivo
El control del dispositivo está dado por la tele-operación, es decir, esta teledirigido
por un usuario el cual se encarga de gestionar todas las operaciones de control desde
la base en tierra.
Gráfico Nº 35
Dinámica de operación
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
La configuración y calibración de los sensores que conforman o constituyen este
dispositivo es uno de los aspectos más importantes y fundamentales para su correcto
vuelo, de ello dependerá lo que se espera lograr.
ESTACIÓN EN TIERRA
TELECONTROL Y
OPERACIÓN
92
Gráfico Nº 36
Esquema de Calibración y configuración
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Plataforma para la Configuración Y Calibración del Dispositivo Aéreo
La plataforma para la configuración del dispositivo es una herramienta de software
relativamente fácil de usar y muy intuitiva para el usuario, esta herramienta nos
permite gestionar todos los parámetros de configuración necesarios, parámetros
como: instalación del firmware, simulación de vuelo, calibración de sensores, radio
control, altímetro, magnetómetro, configuración del frame entre algunas utilidades
más.
Instalación de firmware
Para la instalación del firmware no es necesario tener montado todo el dispositivo,
solo bastará con tener montada la placa de control y la placa de sensores, cabe
recalcar que en todo momento estas dos placas deben estar sobre una superficie plana
debidamente nivelada, pues al no hacerlo así se corre el riesgo de obtener datos de
configuración imprecisos y con ello un mal funcionamiento de vuelo.
MISSION PLANNER
CONFIGURACIÓN Y
CALIBRACIÓN
93
La instalación del software de control se lo puede realizar de dos maneras diferentes a
través del Ide de Ardino y mediante Mission Planner en caso de no tener
conocimientos de programación de micro controladores, es recomendable usar la
segunda opción ya que brinda al usuario la comodidad de utilizar un entorno grafico
para realizar este proceso.
MISSION PLANNER
El Planificador de Misión, fue creado por Michael Oborne, hace mucho mas que
planificar misiones. Estas son algunas de las características de este software:
Point-and-click entrada waypoint, usando Google Maps.
Seleccionar los comandos de la misión de menús desplegables
Descargar archivos de registro de la misión y analizarlos
Configurar las opciones de APM para su fuselaje
Interfaz con un simulador de vuelo de PC para crear un completo
simulador de UAV.
Ver la salida de la terminal serial de APM
Elementos Del Mission Planner
Flight Data
La ventana de datos de vuelo nos proporciona la información sobre la dirección,
altitud, nivel de batería, dirección de vuelo, datos de conexión mediante telemetría,
enfocándose primordialmente en la altitud y ubicación del dispositivo en vuelo o en
tierra para su configuración.
94
Posee tres ventanas en las cuales se puede visualizar el estado del dispositivo y sus
sensores.
Gráfico Nº 37
Ventana de datos de vuelo(Flight data)
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Flight Planner
El Programador de vuelo permite planificar el vuelo del dispositivo y otras acciones
de secuencias de comandos.
Proporciona información del dispositivo proporcionada por el GPS sobre la Latitud,
Longitud, altitud y la distancia desde un punto a otro.
Muy útil para planificar misiones autónomas y de fácil programación, la ventana
principal nos permite ubicar en el mapa al dispositivo mediante la utilización del GPS
y el punto o los puntos geo-referenciales a los cuales se puede programar alguna tarea
de reconocimiento no disponible sin el equipamiento de telemetría
95
Gráfico Nº 38
Ventana del plan de vuelo (solo con módulo telemetría).
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Configuración
La ventana de configuración inicial nos proporciona herramientas necesarias para la
instalación del firmware para cargar el código necesario según sea el caso de nuestro
dispositivo.
El asistente de configuración le guiará para hacer los ajustes necesarios en la
instalación, calibración de sensores críticos para el buen funcionamiento del
dispositivo.
96
La herramienta para configurar hardware adicional nos permite manipular el radio de
frecuencia, velocidad de transmisión, canal para la transmisión de radio así como el
máximo y mínimo de la potencia de frecuencia, velocidad del aire entre otros
parámetros importantes.
Gráfico Nº 39
Ventana para la configuración Inicial (firmware)
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Configuración Inicial
La configuración proporciona las herramientas necesarias para la configuración del
radio control, personaliza el PIDS y otros entornos críticos, como la activación y
desactivación de hardware.
97
Es posible que todas las características del software no estén disponibles al no estar
sincronizados el hardware con el software, permitiendo además la manipulación de
ciertos parámetros de la cámara a bordo que se utiliza, cabe destacar que todas esta
características estarán activadas si se posee un módulo de telemetría a bordo
sincronizado con la cámara.
Gráfico Nº 40
Ventana para la configuración especial (parámetros vuelo y sensores)
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Simulación
El modulo que provee Mission Planner proporciona la mejor herramienta para la
simulación de vuelo para familiarizarse con los controles y la conducción o
manipulación de la aeronave en uso, solamente habrá que configurar cierto valores
previos e inicializar el simulador.
98
Gráfico Nº 41
Ventana para la simulación vuelo
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
Terminal
La consola del terminal provee herramientas útiles para la prueba, configuración,
gestión de sensores, servomotores, radio control, barómetro, altímetro, gps entre
algunos.
Muy útil para comprobar la dirección de rotación de motores, calibración de los
controladores electrónicos de velocidad y la obtención de datos, la terminal se maneja
en ambiente comando, no existe modo gráfico y provee las mismas utilidades que los
demás módulos del software para ejecutar el modo terminal se debe desconectar del
modo gráfico.
99
Gráfico Nº 42
Consola terminal ambiente D.O.S
Elaboración: Walter Macao
Fuente: Investigador
100
FUNDAMENTACIÓN LEGAL
El proyecto de implementación denominado “DISEÑAR E IMPLEMENTAR UN
DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO
MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, tiene como objetivo tecnificar algunos
procesos dentro de las instituciones públicas y privadas que vean en este dispositivo
una herramienta que agilice sus actividades, cuya fundamentación legal se basa en
dos artículos, el primero el Art. 350 de la Constitución de la República del Ecuador,
cuyo texto explica (…El sistema de educación superior tiene como finalidad la
formación académica y profesional con visión científica y humanista; la investigación
científica y tecnológica; la innovación, promoción, desarrollo y difusión de los
saberes y las culturas; la construcción de soluciones para los problemas del país, en
relación con los objetivos del régimen de desarrollo.)
El segundo Artículo pertenece al Reglamento de Cursos de Graduación de Ingeniería
en Sistemas Computacionales, que es el Art. 33, que versa (…La autoría del Proyecto
de Grado pertenece al (o los) egresados que lo realizaron, correspondiéndole a la
Universidad los derechos que generen la aplicación del producto final.)
101
HIPÓTESIS
1. ¿ El diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento
aéreo utilizando mecatrónica y robótica como apoyo a la Asociación de
usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle facilitaría la exploración de
pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso agilizando así los
procesos de obtención de datos en periodos de tiempo relativamente cortos?
2. ¿Cómo las herramientas tecnológicas en la actualidad influyen en la las
actividades de los Funcionarios de la Asociación del Sistema de Riego
Manuel de J Calle?
HIPÓTESIS NULA
3. ¿La aplicación de este dispositivo como a la Asociación de usuarios
del Sistema de Riego Manuel de J Calle no tendrá como consecuencia un
costo reducido en los gastos, trabajos que realizan y la información que
otorgan?
102
VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN
Cuadro Nº5
Variables de la Investigación
HIPÓTESIS VARIABLE
INDEPENDIENTE
VARIABLE
DEPENDIENTE
1. ¿El diseño e
implementación de un
dispositivo de
reconocimiento aéreo
utilizando mecatrónica y
robótica como apoyo a la
Asociación de usuarios
del Sistema de Riego
Manuel de J Calle
facilitaría la exploración
de pequeñas áreas de
terreno que son de difícil
acceso agilizando así los
procesos de obtención de
datos en periodos de
tiempo relativamente
cortos?
Diseño e implementación del
dispositivo de
reconocimiento aéreo.
Exploración de
pequeñas áreas de
terreno de difícil acceso
2. ¿Cómo las Herramientas tecnológicas Actividad Laboral
103
herramientas
tecnológicas influyen en
las actividades de
muchos funcionarios y
en la veracidad de la
información?
Información
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
DEFINICIONES CONCEPTUALES
En el siguiente cuadro las definiciones conceptuales están ordenadas alfabéticamente.
Cuadro Nº6
Definiciones Conceptuales
VARIABLES DEFINICIÓN
Diseño e implementación del
dispositivo de reconocimiento
aéreo. (V.I)
El diseño constituye el primer paso en el proceso
de construcción de algo posteriormente a esto se
elabora los materiales, métodos y técnicas
necesarias para plasmar en una realidad el diseño
a esto se le llama implementación.
Exploración de pequeñas áreas
de terreno de difícil acceso
Viaje que se hace por un lugar desconocido o
poco conocido para conocerlo o estudiarlo, o
104
(V.D). para descubrir lo que se halla en él.
Herramientas Tecnológicas
(V.D).
Están diseñadas para facilitar el trabajo y
permitir que los recursos sean aplicados
eficientemente intercambiando información y
conocimiento dentro y fuera de las
organizaciones
Actividad Laboral(V.D) Se entiende por laboral a todas aquellas
situaciones o elementos vinculados de una u otra
forma con el trabajo, entendido este último como
cualquier actividad física o intelectual que recibe
algún tipo de respaldo o remuneración en el
marco de una actividad o institución de índole
social.
Información (V.D) La información es un conjunto organizado de
datos procesados, que constituyen un mensaje
que cambia el estado de conocimiento del sujeto
o sistema que recibe dicho mensaje.
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
105
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
Modalidad De La Investigación
Para el presente tema de tesis se va a utilizar la investigación documental y la
investigación exploratoria y experimental, la investigación documental nos va a
permitir obtener información proveniente de libros, folletos, revistas, periódicos e
información en la web para obtener información sobre el tema de tesis, mientras tanto
que con la investigación exploratoria nos adentraremos en un tema que es
desconocido y nos va a acercar más al tema y su utilidad real, a su vez la
investigación experimental nos permitirá tabular la información recabada y analizarla
posteriormente.
Investigación Bibliográfica.- Consiste en la búsqueda de información sobre una
temática determinada, que debe realizarse de un modo sistemático. Es el proceso de
búsqueda de información en documentos para determinar cuál es el conocimiento
existente en un área particular. Este tipo de investigación es una forma de hacer
ciencia al sistematizar y organizar los elementos cuyas características son comunes
para descubrir patrones de comportamiento.
106
Investigación aplicada. Se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los
conocimientos que se adquieren. La investigación aplicada se encuentra
estrechamente vinculada con la investigación básica, pues depende de los resultados y
avances de esta última; esto queda aclarado si nos percatamos de que toda
investigación aplicada requiere de un marco teórico. Sin embargo, en una
investigación empírica, lo que le interesa al investigador, primordialmente, son las
consecuencias prácticas.
Investigación de Campo.- Parte del lugar de los hechos, apoyándose en encuestas,
cuestionarios y observaciones. En la ejecución de los trabajos de este tipo, tanto el
levantamiento de información como el análisis, comprobaciones, aplicaciones
prácticas, conocimientos y métodos utilizados para obtener conclusiones, se realizan
en el medio en el que se desenvuelve el fenómeno o hecho en estudio. La
presentación del resultado se complementa con un breve análisis documental.
Tipo de investigación
El tipo de investigación que se aplicó en el proyecto “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO
AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, es la investigación
aplicada. Las investigaciones aplicadas son la respuesta efectiva y fundamentada a un
problema detectado, descrito y analizado. La investigación aplicada concentra su
atención en las posibilidades efectivas de llevar a la práctica las teorías generales, y
destina sus esfuerzos a resolver los problemas y necesidades que se plantean los
107
hombres en sociedad en un corto, mediano o largo plazo. Es decir, se interesa
fundamentalmente por la propuesta de solución en un contexto físico-social
específico
Las características de esta investigación es que se utiliza cuando el conocimiento no
es tan basto y es impreciso, por tal motivo nos impide sacar las conclusiones asertivas
sobre qué aspectos son relevantes y cuáles no, este tipo de investigación nos ayuda a
realizar un estudio exploratorio sobre el tema planteado, para empezar a conocerlo y
familiarizarse con él, para precisar mejor el problema que nos interesa solucionar.
La investigación aplicada se caracteriza por buscar aplicar los conocimientos que se
adquieren para dar solución a una determinada problemática detectada sobre alguna
situación o proceso que se está dando en determinado lugar o situación.
La investigación aplicada depende gran manera de los avances y descubrimientos de
la investigación básica pero se caracteriza en la aplicación, utilización y puesta en
marcha de los conocimientos adquiridos con anterioridad, a la investigación aplicada
se la puede clasificar según el objetivo que esta persigue ya sea por la formulación de
leyes, desarrollo de nuevos instrumentos o el mejoramiento de equipo a existente, etc.
108
POBLACIÓN Y MUESTRA
Considerando como población a todas los habitantes del Cantón La Troncal en la
Provincia del Cañar, esta se conformó por los funcionarios de la Asociación de
Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle y sus usuarios.
Población
La población que se eligió para este proyecto que tiene como primera parte ver los
beneficios que trae el uso de este dispositivo para los usuarios del sistema de riego,
para lo cual se escogió a los finqueros y hacendados del recinto Zhucay y a las
personas encargadas de la administración del Sistema de Riego Manuel de J Calle del
Cantón La Troncal.
Como referencia a continuación se detalla en un cuadro por cuantas personas está
conformada esta asociación y las personas que están encargadas de la administración
del Sistema de Riego Manuel de J Calle del Cantón La Troncal.
CUADRO Nº 7
TAMAÑO DE LA POBLACIÓN
POBLACIÓN
Número
total de
individuos
%
Usuarios Sistema riego 2000 97
Personal Administrativo y funcionarios de la
Asociación de Usuarios del Sistema de Riego MJ Calle 60 03
TOTAL 2060 100
Fuente: Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle
Elaboración: Investigador
109
CUADRO Nº 8
POBLACIÓN FUNCIONARIOS
Y USUARIOS DE LA ASOCIACIÓN DEL SITEMA DE RIEGO MANUEL DE
J CALLE
Fuente: Administrativos, Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle
Elaboración: Investigador
Muestra
Para obtener el tamaño de la muestra tanto de los usuarios del sistema y el
departamento se basó en la siguiente formula dada:
Fórmula
0
500
1000
1500
2000
2500
Usuarios Sistema Departamento Catastro
Títu
lo d
el e
je
POBLACIÓN USUARIOS Y ADMINISTRATIVOS DEL SISTEMA DE RIEGO MANUEL DE J CALLE
110
Tamaño de la muestra Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle
El tamaño de la muestra de este medio es de 123 de una población de 220 usuarios, a
los cuales se les procederá a realizar la respectiva encuesta.
Tamaño de la muestra de los funcionarios de la Asociación de usuarios del
Sistema de Riego Manuel de J Calle
P = Constante de la varianza poblacional (0.25)
N= Tamaño de la población (220)
E= error de estimación (6%)
K= Coeficiente de corrección del error (2)
n = Tamaño de la muestra (123)
P = Constante de la varianza poblacional (0.25)
N= Tamaño de la población (60)
E= error de estimación (6%)
K= Coeficiente de corrección del error (2)
n = Tamaño de la muestra (49)
01.123
4471.0
55
25.01971.0
55
25.0)0009.0)(219(
55
25.04/)0036.0)(219(
55
25.02/06.0)1220(
22025.022
n
n
n
n
n
xn
49
3031.0
15
25.00531.0
15
25.0)0009.0)(59(
15
25.04/)0036.0)(59(
15
25.02/06.0)160(
6025.022
n
n
n
n
n
xn
111
De una población de 60 funcionarios de la Asociación de usuarios del Sistema de
Riego Manuel de J Calle, se obtiene una muestra cuyo tamaño es de 49 Funcionarios
a quienes se les hará la encuesta.
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
CUADRO Nº 9
MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Variables Dimensiones Indicadores Técnicas y/o
Instrumentos
V. I.
Mecatrónica.
Aplicación Diseño
Funcionabilidad
Actualizable
Prueba de
campo
V. I.
Robótica.
Aplicación Diseño
Construcción
Función
Operación
Prueba de
campo
V.D
Dispositivo.
Educativo
Mejora de las
herramientas de
recolección de
datos
Encuestas,
Participación,
V.D.
Actividad Laboral
Tecnología Tiempo de
respuesta y calidad
Encuestas
Ponderación
de resultados
V.D.
Información
Tecnología Utilidad de la
utilización de las
herramientas
tecnológicas
Encuestas
Ponderación
de resultados
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
112
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Técnicas
Las técnicas que se utilizaron como instrumentos para la recolección de datos fueron
la documental, con el fin de lograr tener una visión de los resultados previsto con la
implementación del dispositivo.
La técnica documental es la principal en este proyecto ya que permite recolectar datos
de diferentes fuentes bibliográficas, el análisis de contenido, asi como la lectura
científica para obtener la información necesaria. Así mismo mediante el cuestionario
aplicado a la muestra de los funcionarios de las instituciones antes descritas, se puede
afirmar que el proyecto descrito es factible. Para obtener información se realizara las
pruebas respectivas que ayudaran a obtener datos y corregir problemas en la
estructura o algún aspecto fundamental del dispositivo del presente proyecto.
113
CUADRO Nº 10
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
TÉCNICA INSTRUMENTOS
Documental Fichas
Bibliográficas,
Lectura Científica,
Campo
Aplicada
Cuestionario
Pruebas preliminares
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Instrumentos
Los instrumentos a los que se recurrieron para producir la información y obtener
resultados fueron los siguientes de acuerdo a las técnicas que se emplearon:
Las fichas bibliográficas, se usaron para poder anotar los artículos o
libros que son útiles para esta investigación. En ellas se registraron las fuentes
encontradas, como en una bibliografía, en índices de publicaciones, etc.
El Cuestionario, instrumento que se utilizó para obtener información,
el cual contiene preguntas cerradas con varias alternativas sobre si conocen
nuevas herramientas tecnológicas, la manipulación de esta herramientas y si
estas herramientas ayudaran en gran medida a su desempeño laboral.
114
Características del instrumento
Fichas bibliográficas
Este instrumento se utilizó para facilitar anotar los datos de un libro o artículo que
fueron útiles para la investigación. Se utilizaron las fichas de registro bibliográficas
Cuestionario
Este instrumento refleja sobre la situación real y lo que respecta a las herramientas
tecnológicas que se requiere o se posee dentro de estas instituciones. Este instrumento
fue expresado en forma escrita, no tenía límite de tiempo para la contestación, son de
tipo cerradas; Se realizó en forma individual en conversaciones que se sostuvieron
para describir porque se realizaba este tipo de instrumento y el para que de él. La
persona que se encargó de realizar la encuesta fue el Sr. Walter Macao, autor del
proyecto, el horario en que se realizó las encuestas fueron de 8:30 hasta las 09:30 los
días Lunes, Martes y Miércoles. También se realizó los días sábados en el horario de
10:00 a 11:00 los días sábados. La duración de la aplicación de la encuesta tomo
aproximadamente 90 días, debido a diferentes factores como disponibilidad y tiempo
de los funcionarios.
115
Descripción del instrumento
Ficha Bibliográfica
La ficha bibliográfica tienen un tamaño de 7.5 x 12.5 cm. Está conformado de las
siguientes partes:
Nombre del autor o autores.
Título de la Obra (subrayado).
Editorial
Número de Páginas que tiene el Libro.
Cuestionario
El instrumento constó de las siguientes partes:
Encabezado: Se identificó con el nombre de la Universidad, logotipo,
Facultad y la Carrera respectiva. Constó además de una breve explicación de
cómo deberían contestar el cuestionario. Nombre del Autor del proyecto.
Contenido: El cuestionario se elaboró y dirigió a los empleados o
funcionarios de las instituciones seleccionadas. Cada pregunta está diseñada
para valorar sobre el conocimiento que tiene que ver con las herramientas
tecnológicas que se usan, el conocimiento de estas herramientas y si estas
tecnologías servirán de apoyo a la gestión laboral.
116
Validación
Para obtener datos confiables para el presente proyecto, se sometió el instrumento a la
técnica de Juicio de Expertos: ésta técnica permitió validar el instrumento en su
contenido; ya que fue sometido a juicio de personas conocedoras en la elaboración de
cuestionarios. El Presidente o administrador de la Asociación de usuarios del Sistema
de Riego Manuel de J Calle como el director e ingenieros del MAGAP ayudaron
con sus criterios sobre la inclusión de nuevas herramientas tecnológicas en sus
funciones, como también en consejos sobre las preguntas del instrumento.
PROCEDIMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN
El Problema
o Planteamiento Del Problema:
o Ubicación Del Problema En Un Contexto
o Situación Conflicto Nudos Críticos
o Causas Y Consecuencias Del Problema
o Delimitación Del Problema
o Formulación Del Problema
o Solución
o Objetivos
o Justificación E Importancia
o ¿Cuáles Serán Los Beneficiarios?
o Alcance
117
Marco Teórico
o Antecedentes Del Estudio
o Fundamentación Teórica
o Fundamentación Legal
o Hipótesis
o Variables De La Investigación
o Definiciones Conceptuales
Metodología
o Diseño De La Investigación
o Modalidad De La Investigación
o Población Y Muestra
o Operacionalización De Variables
o Instrumentos De Recolección De Datos
o Instrumentos De La Investigación
o Procedimientos De La Investigación
o Recolección De La Información
o Procesamiento Y Análisis
o Criterios De Validación De La Propuesta
Marco Administrativo
Conclusiones y Recomendaciones
118
RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN
Para obtener información para y el porqué del proyecto “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO
AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, se utilizaron las
técnicas que se expusieron anteriormente. Las actividades seguidas para la
recolección de datos:
La fuente de investigación bibliográfica fueron: libros, revistas, sitios
web confiables, periódicos.
Se aplicó encuestas a Funcionarios y usuarios del Sistema de Riego
MJ Calle del Cantón La Troncal.
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS
Una vez realizada la recolección de datos se procedió a la tabulación y análisis de los
resultados. Se elaboró cuadros y gráficos de los datos que se obtuvieron. Todos estos
datos se tabularon mediante la utilización de Microsoft Office Excel 2010.
Análisis de datos
Presentación y Análisis de Resultados.- Se presentan a continuación los
resultados obtenidos en la aplicación de las encuestas a los Funcionarios y usuarios
del Sistema de Riego MJ Calle de esta misma ciudad y que representaron la muestra
de la investigación.
119
La imparcialidad está sujeta a la sinceridad con la cual respondieron todos y cada una
de las personas encuestados.
Análisis Cualitativo.- Se tomó en cuenta el análisis porcentual porque responde a la
naturaleza de la investigación y por ser de fácil interpretación para el lector.
Tabulación de datos
Con la tabulación de los datos obtenidos con el cuestionario se pretende obtener
información de suma importancia pues pregunta se diseñó para valorar sobre el
conocimiento que tiene que ver con las herramientas tecnológicas, el conocimiento de
estas herramientas y si estas tecnologías servirán de apoyo a la gestión laboral y a la
elaboración de la información.
120
CUADRO Nº 11
PRIMERA PREGUNTA
¿Cree usted que la tecnología influye de alguna manera en las actividades laborales
que desempeña a diario?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 147 85
No 13 8
Tal vez 12 7
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 43
PRIMERA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
El grafico nos proporciona una visión de cómo influye la tecnología, se observa
claramente que el 85% de los encuestados concuerda que la tecnología influye en sus
actividades laborales, un 8% opina que no influye para nada en sus actividades de
trabajo y un 7% cree que tal vez la tecnología si influye porque se la requiere a diario
pero que son ellos los que sobresalen en su trabajo.
85%
8% 7%
PRIMERA PREGUNTA
Si No Tal vez
121
CUADRO Nº 12
SEGUNDA PREGUNTA
¿Dispone de alguna o algunas herramientas tecnológicas para desarrollar sus
actividades?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 12 7
No 160 93
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 44
SEGUNDA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Al analizar detenidamente los datos tabulados de la segunda pregunta del cuestionario
nos podemos dar cuenta que:
En el 93% de los encuestados no usa a diario cualquier tipo de tecnología o
dispositivos para desempeñar sus actividades y apenas un 7% sabe de ellas y la utiliza
para su trabajo.
7%
93%
SEGUNDA PREGUNTA
Si No
122
CUADRO Nº 13
TERCERA PREGUNTA
¿Está familiarizado con los nuevos métodos y tecnologías para la recolección de
datos?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 4 2
No 168 98
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 45
TERCERA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Esta pregunta es de suma importancia y muy crítico para el desarrollo del proyecto,
pues se trata de tener una visión de los conocimientos de los usuarios con lo que
respecta a metodologías y herramientas tecnológicas de recolección de datos,
teniendo un 98% que desconoce más formas para recolección de datos y un 2% que
las conocen pero que no las utiliza por diferentes factores.
2%
98%
TERCERA PREGUNTA
Si No
123
CUADRO Nº 14
CUARTA PREGUNTA
¿Cuál es su nivel de conocimiento o cuanto está relacionado con toda la tecnología
disponible actualmente en el mundo?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Del 75 al 100% 25 15
Del 40 al 75% 113 66
Del 10 al 40% 28 16
Menos del 10% 6 3
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 46
CUARTA PREGUNTA - ESTUDIANTE
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
El análisis de datos nos presenta que de la totalidad de encuestados un 66% tiene o
sabe de tecnología moderna lee se informa o tiene acceso a ella, un 16% que tiene un
nivel menor de conocimiento, un 15% que esta diariamente informado conoce y tal
vez domina el tema y un 3% no está actualizado sobre tecnología moderna.
15%
66%
16%
3% CUARTA PREGUNTA
Del 75 al 100% Del 40 al 75% Del 10 al 40% Menos del 10%
124
CUADRO Nº 15
QUINTA PREGUNTA
¿Cuál es el método de recolección de datos que utiliza actualmente?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Traslado físico al lugar 160 93
Aplicación cuestionario 12 7
Dispositivos
Tecnológicos 0 0
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 47
QUINTA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
La aplicación de esta pregunta y su análisis es de suma importancia pues con esto se
busca conocer cómo se realizan las actividades de recolección de datos y la
constancia de si se aplica o no herramientas tecnológicas, este análisis nos arroja que
toda la operación es meramente mecánica pues se aprecia en un 93% que se trasladan
al lugar y un 7% aplican cuestionarios.
93%
7%
0%
QUINTA PREGUNTA
Traslado fisico al lugar Aplicación cuestionario Dispositivos Tecnologicos
125
CUADRO Nº 16
SEXTA PREGUNTA
¿Cree usted que la aplicación de herramientas tecnológicas ayudaría a mejorar
la recolección de datos? ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 157 91
No 5 3
Tal vez 10 6
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 48
SEXTA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Se encontró que el 91% de los encuestados está totalmente de acuerdo que la
aplicación de tecnología mejoraría esta tarea, el 6% de ellos opinan que tal vez y tan
solo un 3% concuerda que no mejoraría en nada.
91%
3%
6%
SEXTA PREGUNTA
Si No Tal vez
126
CUADRO Nº 17
SÉPTIMA PREGUNTA
¿Está usted familiarizado con dispositivos que permiten la captura de imágenes, tales
como cámaras, videocámaras, etc.
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 170 99
No 2 1
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 49
SÉPTIMA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Las personas encuestadas según la aplicación del cuestionario nos da una referencia
de que en un 99% todos ellos saben manipular o utilizar alguno de estos dispositivos
y que solo un 1% no lo está, esto quiere decir que todos alguna vez han tenido
contacto con esta forma de obtener datos.
99%
1%
SEPTIMA PREGUNTA
Si No
127
CUADRO Nº 18
OCTAVA PREGUNTA
¿Está usted de acuerdo que la institución donde labora proporciona las herramientas
tecnológicas adecuadas para desarrollar sus actividades?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 8 5
No 164 95
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 50
OCTAVA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Se puede constatar que en un 95% de los encuestados dice que no se les da las
herramientas tecnológicas adecuadas y que tan solo un 5% dice que si se les
proporciona, las personas que indicaron que no es porque la institución carece estos
recursos tan imprescindibles en la época actual.
5%
95%
OCTAVA PREGUNTA
Si No
128
CUADRO Nº 19
NOVENA PREGUNTA
¿Cree usted que la implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo facilite
la recolección de datos y el acceso a aéreas de difícil acceso?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Si 140 81
No 11 6
Tal vez 21 12
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 51
NOVENA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
El 81% concuerda que la aplicación de este dispositivo ayudaría muchísimo para
realizar su trabajo pues mejoraría los tiempos de recolección, mejoramiento y
veracidad de la información, un 12% que tal vez y tan solo un 7% que no, tal vez
porque desconoce la utilidad de este dispositivo.
81%
7% 12%
NOVENA PREGUNTA
Si No Tal vez
129
CUADRO Nº 20
DÉCIMA PREGUNTA
¿Cree usted que es el uso de la tecnología para la institución o departamento donde
labora es crítico?
ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy Critico 157 91
Critico 12 7
Nada Critico 3 2
TOTAL 172 100%
Fuente: Funcionarios Encuestados
Elaboración: Walter Macao
GRÁFICO Nº 52
DÉCIMA PREGUNTA
Fuente: Investigador
Elaboración: Walter Macao
Los funcionarios de las instituciones encuestadas están conscientes de aunque no
poseen los recursos tecnológicos necesarios que les ayuden en sus labores, están de
acuerdo que el uso de la tecnología es muy crítico esto se refleja en el 91%, solo un
12% que es crítico y tan solo un 2% que es nada crítico.
91%
7%
2%
DECIMA PREGUNTA
Muy Critico Critico Nada Critico
130
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Los criterios de validación de la propuesta que se utilizaron fueron los siguientes:
Juicio de Expertos.- Se realizó preguntas referentes a lo que la tecnología soluciona
problemas críticos en la sociedad y como está presente en el diario vivir, estas fueron
dirigidas a Docentes que dictan cátedras de tecnología e informática de la
Universidad Católica de Cuenca del Cantón La Troncal, provincia del Cañar, quienes
participaron fueron: la Ing. Gladys Buestan y el Ing. Luis Sánchez a los cuales se les
planteo preguntas importantes tales como: Cual será el futuro de la sociedad civil al
utilizar este tipo de dispositivos en actividades puntuales, cuáles son los beneficiarios
del uso de esta tecnología, en que campos se puede aplicar, si es factible y rentable a
largo plazo el diseño y desarrollo de este tipo de dispositivos y cuál será el futuro de
este tipo de dispositivos en el país.
Pruebas: Se realizó pruebas con el dispositivo implementado para comprobar
características que son importantes tanto con el rendimiento como su utilidad,
definiendo factores como el impacto que tiene o tendrá dicho dispositivo en la
sociedad civil.
131
CAPÍTULO IV
MARCO ADMINISTRATIVO
CRONOGRAMA
En el presente cuadro se presentan las actividades que se desarrollan y desarrollaran
para realizar el proyecto de tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO
MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”. Todas las actividades se empezaron a
desarrollar desde la primera semana del mes de Junio del 2012 y se desarrollan a
partir de esta fecha.
Cuadro Nº21
Cronograma
ACTIVIDAD TIEMPO
(DÍAS)
TIEMPO
(MESES)
Determinación del problema de investigación 30
1
Preparación del Tema de Investigación 10
0.5
Formulación de los objetivos (generales y
específicos). 10
0.5
Elaboración de los borradores de los Capítulos
I, II, III, IV, según la modalidad del curso de
elaboración de proyecto de Tesis
10
0.5
Ubicación del problema de investigación en el
contexto de su problemática. 10
0.5
Presentación del proyecto de investigación 13
0.5
Recolección de la información 47
1.5
Análisis de la información 30
1
Estudio de Elementos de suma importancia para
desarrollar este tema: 180
6
132
Diseño y modelado aeronáutico fuselaje
120 4
Aeromodelismo 10 0.5
Robótica 10 0.5
Meca trónica(Mecánica, Electrónica, etc. ) 10 0.5
Elaboración y Revisión del borrador Tesis
Final 10 0.5
Revisión Capítulo I 7 0
Revisión Capítulo II 7 0
Revisión Capítulo III 7 0
Revisión Capítulo IV 7 0
Revisión Capítulo V 7 0
Revisión Capítulo VI 7 0
Elaboración de conclusiones. 7 0
Elaboración de recomendaciones 7 0
Presentación del trabajo Investigación 577
18
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
En esta tabla de actividades se establece el tiempo aproximado para el estudio de las
diferentes ramas que serán necesarias para Diseñar, rediseñar e implementar el
dispositivo de reconocimiento aéreo, así como también el tiempo respectivo desde el
inicio de la elaboración de la tesis hasta el finalizar con la entrega del documento de
tesis. En este cronograma, se estableció un tiempo prudencial para las diferentes
actividades, que se van a realizar, considerando el tiempo aproximado de trabajo y
elaboración de 18 meses.
133
PRESUPUESTO
A continuación de define los distintos gastos que se tendrán para la elaboración y
cumplimiento con los objetivos citados del proyecto.
CUADRO Nº 22
Egresos
EGRESOS DÓLARES
A. Humano
Cursos y Ayudantías
$
300.00
B. Consumo
Computadora
Internet
60.00
400.00
C. Materiales
Fotocopias
Kit desarrollo Arducopter
Importación de
Componentes
Placas de Hardware
Arducopter, radiocontrol
Cámara IP
Varios componentes
electrónicos
Empastado, anillado de
tesis de grado
CD’s
50.00
900.00
300.00
350.00
150.00
350.00
50.00
5.00
D. Transporte
150.00
TOTAL………………………………………… 3065.00
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
134
CUADRO Nº 23
Ingresos
DESCRIPCIÓN COSTO
Inversión Inicial
$
1760.00
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
INGRESOS
Los recursos financieros para la realización del proyecto serán de inversión propia
conjuntamente con la ayuda del compañero que también utilizara este dispositivo para
realizar su proyecto de tesis, cuya inversión inicial será de un aproximado de
$1760.00 dólares americanos:
EGRESOS
A continuación se detalla los egresos que se tuvieron durante la realización del
proyecto de investigación.
CUADRO Nº 24
Equipos
Necesidad Recurso/Nombre Tiempo Valor
Realización de
investigación Computadora 18 meses 60.00
Investigación Web Servicio de Internet 18 meses 400.00
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
135
CUADRO Nº 25
Materiales
Necesidad Recurso/Nombre Valor
Investigaciones en
libros, revistas, etc. Fotocopias 50.00
Demostración
Práctica
Kit de desarrollo
Arducopter 860.00
Manipulación de
cámara
Placas Arduino,
radiocontrol 350.00
Presentación de la
tesis
Empastado,
anillado de tesis de
grado
50.00
Presentación digital
de tesis Cd’s 5.00
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
CUADRO Nº 26
Transporte
Necesidad Recurso/Nombre Valor
Traslado Gasolina, bus 300.00
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
136
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
De acuerdo al análisis de los resultados del instrumento aplicado para el proyecto de
investigación que fue el cuestionario y el posterior diseño, implementación y
pruebas del dispositivo se puede concluir lo siguiente:
El diseño e implementación de este dispositivo tiene un gran impacto, pues,
ayuda a la exploración de pequeñas áreas de terreno de difícil acceso de la
Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle y por lo
tanto ayuda a resolver una de las problemáticas dentro de esta entidad.
Los funcionarios de la Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel
de J Calle aseguran que la implementación de este tipo de dispositivo
ahorraría mucho tiempo, recursos humanos y materiales.
Esta tecnología ayudar, facilita y optimiza el tiempo requerido, recursos
humanos y económicos que intervienen en la observación y exploración
directa de esta áreas de difícil acceso en el Sistema de Riego Manuel de J
Calle.
137
Los usuarios del Sistema de Riego y sus Funcionarios están de acuerdo que
este tipo de tecnología es de gran importancia para tecnificar todas las tareas
y actividades dentro de su geografía local.
Los usuarios del Sistema de Riego están seguros que a la brevedad se debería
implementar este tipo de nuevas herramientas tecnológicas de
reconocimiento aéreo para vigilar y controlar sus cultivos.
El diseño y la construcción de este tipo de dispositivos está en pleno auge
debido a la importancia para muchas actividades que tienen un carácter
crítico y vital.
La Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle está de
acuerdo que se debe avanzar día a día de mano con la utilización de
tecnología, pues esta está presente en todo ámbito y constituye un aporte
esencial para sus actividades y de la sociedad en general.
El diseño e implementación de este dispositivo es el apropiado para este tipo
de terreno, ya que no siempre el despegue se lo realizara en una superficie
plana.
Estos dispositivos ayudan en gran medida a salvaguardar la integridad física
pues todo se deriva a que ayuden al ser humano a facilitar su trabajo y
protegerlo de cualquier factor de peligro presente en su labor, respetando así
las leyes de la robótica.
La mayoría de países desarrollados en todo el mundo están utilizando estos
dispositivos para tareas de carácter militar, científico, meteorológico y ayuda
138
en desastres ecológicos y naturales utilizando diseños, placas y circuitería
cuyos esquemas y diseños son de fácil acceso para el público en general.
Para países en vías de desarrollo como el nuestro el costo de la
implementación de estos tipos de dispositivos no es tan elevado, lo que lo
hace factible de aplicar y utilizar.
Existen empresas en países desarrollados que se dedican a la investigación,
construcción, implementación y dotación de estas nuevas herramientas
tecnológicas.
Con la implementación de este dispositivo se entendió leyes de física
aplicables en el diseño de aeronaves, conceptos de aeronáutica civil,
mecatronica y robótica de servicio y como estas ciencias ayudan a mejorar
los instrumentos de trabajo en la actualidad.
Los UAV´S por sus siglas en ingles son el instrumento o la herramienta
tecnológica del futuro ya que no representan el desembolso un gran capital
económico para cualquier institución, corporación y empresa, sino, más bien
una gran de necesidad de suplir algunas carencias a nivel tecnológico pero
más que todo a largo plazo un ahorro sustancial de tiempo y recursos
económicos dejando en claro que el ser humano es un recurso fundamental y
primordial para la toma de decisiones mediante el análisis y la interpretación
de datos.
139
RECOMENDACIONES
La máxima autoridad de la institución presente en esta investigación debe
tomar en cuenta que la implementación de estos dispositivos representan un
gran beneficio para la institución y más que todo representan una gran ayuda
para proponer nuevas mejoras en sus tareas diarias.
La Asociación de Usuarios del Sistema de riego Manuel de J Calle debería
pensar en adquirir este tipo de herramienta tecnológica, pues, a este
dispositivo se le podría dotar de sensores específicos para realizar las tareas
que ellos más requieran y no solo este presente la toma de fotografías aéreas.
Se debe capacitar e incentivar a los funcionarios a estar informados sobre
como la tecnología mejora sus actividades.
En cuanto al dispositivo en sí, se recomienda en todo momento tomar las
medidas de precaución necesarias tanto para el dispositivo como para el ser
humano pues representa un peligro al momento de su implementación ya que
puede dañar la integridad física.
El material utilizado debido a ciertos factores económicos no es el más ligero,
por lo que se recomienda utilizar materiales más livianos y resistentes para la
construcción del fuselaje, se recomienda al 100% la utilización de la fibra de
carbono.
140
Es conveniente hacer al dispositivo lo más autónomo posible implementando
nuevos sensores a la placa de control y de cierta manera darle mayor
inteligencia artificial.
Se podría diseñar o implementar un módulo para retroalimentar
eléctricamente al dispositivo y así darle mayor durabilidad al vuelo.
Se podría mejorar el dispositivo encargado de la rotación de la cámara a
bordo para que gire horizontalmente 360 grados y 270 grados verticalmente.
Implementar un sistema de suspensión para el tren de aterrizaje el cual
absorba la presión generada en el tren en el aterrizaje.
Diseñar después de haber reducido el peso del dispositivo una coraza para
cubrir y proteger de la intemperie los dispositivos y sensores de los que está
constituido el dispositivo.
En todo momento para la calibración o programar nuevas funciones en el
dispositivo, sacar o realizarlas sin hélices ya que pueden dañar severamente la
integridad física y psicológica del programador.
Implementar una cámara con mayor resolución para capturar imágenes más
nítidas y de mejor calidad.
Sustituir el control remoto del dispositivo por uno de mayor sensibilidad y
precisión ya que con él cuenta en la actualidad no es el óptimo pero si es el
mejor.
Implementar un módulo de telemetría que reemplace la tecnología WIFI que
se utiliza para la captura de imágenes ya que esta tecnología tiene poco
141
alcance en cuanto a señal que la telemetría que utiliza frecuencias de radio
AM-FM-UHF o a su vez dotar al dispositivo de una cámara GSM que utilice
la red de cualquier operador celular presente en el país.
BIBLIOGRAFÍA
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Yanire, D. A. (28 de Mayo de 2014). Recuperado el 3 de Enero de 2014, de
http://prezi.com/pzjegcwjkccu/mecatronica/
ANEXOS
Anexo Nº 1
Kit de Desarrollo Jdrones
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 2
CES y Motores Brushless
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 3
Placa controladora de Vuelo
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 4
ArduPilot Mega hardware
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 5
Magnetómetro
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 6
Conexión de la radio controladora
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 7
Visión de la conexión e instalación en el dispositivo de la radio controladora
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 8
Configuración X y controles en el dispositivo
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 9
Precauciones a tomar en cuenta durante y después de la programación
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 10
Posiciones en el control remoto
Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 11
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: www.youtube.com
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 12
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: www.youtube.com
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 13
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 14
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 15
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 16
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 17
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 18
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 19
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 20
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 21
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
Anexo Nº 22
Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal
Fuente: Walter Macao
Elaboración: Walter Macao
I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo
utilizando Mecatrónica y Robótica”
MANUAL TÉCNICO Y USUARIO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR:
WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2014
II
ÍNDICE GENERAL
PORTADA
ÍNDICE GENERAL II
MANUAL TÉCNICO - USUARIO IV
CAPÍTULO I.- MANUAL TÉCNICO
Introducción 1
Objetivos Generales 1
CAPÍTULO II.- MANUAL TÉCNICO
Funcionalidad 2
Hardware 2
Software 2
CAPÍTULO III.- MANUAL DE USUARIO
Configuración y calibración del dispositivo 4
Instalación Mission Planner 4
Carga de Firmware 6
Configuración de Hardware 8
Selección de modelo 8
Calibrar de brújula 8
Calibrar Acelerómetro 10
CAPÍTULO IV.- MANUAL DE USUARIO
Configuración radio control 13
Multiled-control de configuración 13
Selección de Modo 14
Asignación de Nombre.Modo 16
III
Aplicación de modo 17
Calibración del radio control 17
Operación de encendido y apagado 21
CAPÍTULO V.- MANUAL DE USUARIO
Conexión y configuración camara 22
Instalación de iSpyCam 28
Conexión de una cámara IP a iSpyCam 28
Ajuste de la cámara 29
IV
MANUAL TÉCNICO - USUARIO
Dispositivo de Reconocimiento Aéreo utilizando Mecatrónica y
Robótica”
1
CAPÍTULO I
1.1 Introducción
El siguiente manual tiene como prioridad brindar orientación al usuario de este
dispositivo acerca de las características que posee, nombrando los componentes
necesarios para hacer posible el funcionamiento del mismo, citando los componentes
de hardware y software que intervienen en el dispositivo.
Así mismo se da a conocer el software que se necesita para verificar el correcto
funcionamiento de sensores, motores, radio control presentes en el dispositivo.
1.2 Objetivos Generales
Orientar al usuario en la configuración y puesta en marcha del dispositivo de
reconocimiento aéreo.
Brindar información relevante acerca de lo que se debe llevar a cabo para una
correcta configuración y uso
2
CAPÍTULO II
2.1 Funcionalidad
Para hacer posible la puesta en marcha la construcción y configuración del
dispositivo de reconocimiento aéreo, se necesita ciertos componentes de hardware y
software.
2.1.1 Hardware
El hardware necesario para la construcción del dispositivo de reconocimiento aéreo
viene dado desde la utilización de placas de circuitería que se encargan del control del
mismo mediante sensores que reciben y brindar información desde las placas de
control.
Las placas de control y demás componentes electrónicos necesarios para estas tareas
son:
Ardupilotmega Inu Shield/v1.0
Ardupilot con Atmel 2560
Placa Distribución de energía
Circuitos controladores de velocidad.
Transmisor-receptor de radio.
Servomotores
Motores trifásicos
Cámara cisco resolución máxima de 640x480
2.1.2 Software
El software que se utiliza es del todo de libre distribución y de código abierto el
mismo que se detalla:
Mission Planner
3
Spy Cam
Estos dos software me permiten la configuración y calibración del dispositivo el uno,
mientras que SpayCam m brinda el soporte para la captura de imágenes y videos en
tiempo real.
4
CAPÍTULO III
3.1 Configuración y calibración del dispositivo.
La configuración y calibración es la culminación con éxito del diseño y construcción
del dispositivo, ya que me permite otorgar al dispositivo de las funcionalidades
necesarias para su correcto funcionamiento, de la calibración dependerá el
comportamiento del dispositivo y la funcionalidad real, en todo momento se hace
necesario que todo esto se realice en un ambiente nivelado por los diferentes sensores
que requieren la máxima nivelación posible.
3.1.1 Instalando Mission Planner
Mission Planner s la herramienta de software que me permite calibrar y configurar las
placas de control y en si todo el dispositivo por completo, desde la carga del firmware
hasta la calibración de los motores y el radio control.
Descargar la Misión Planner instalador, Ejecute la utilidad de instalación, se
instalarán los controladores de software necesarios.
5
Seleccione "Instalar este software de controlador de todas formas" si se le da esta
advertencia:
6
La Mission Planner le notificará de las actualizaciones futuras, y con su permiso se
actualizará a sí mismo, no es necesario para ejecutar la utilidad de instalación de
nuevo.
3.1.2 Carga de Firmware
Conecte el APM o PX4 y el ordenador a través del puerto USB micro, algunos
concentradores USB pueden no proporcionan suficiente potencia, por lo tanto se
requiere conectar directamente a la computadora.
Windows reconocerá la APM e instalara el controlador de hardware que sea correcto
para su placa.
3.1.3 Abriendo Planificador de Misión.
7
Para conectar a través de USB se debe seleccionar el puerto asignado a su APM y
velocidad de transmisión ajustada siempre a 115.200.
Haga clic en la pestaña de firmware.
Elija su variante de helicóptero haciendo clic en el icono correspondiente. Planes de
Misión detectará automáticamente el tipo de tarjeta, descargar el firmware más
reciente de Internet, y lo cargara en su tablero de APM.
El modo de orientación de su dispositivo + / x se seleccionará más tarde en la
configuración.
Cuando la barra de tarea se ha completado, se instala el firmware.
8
3.1.3 Configuración del hardware Obligatorio
Como parte de la instalación por primera vez, se tiene que configurar algunos
componentes de hardware necesarios utilizando el Planificador de Misión.
3.1.4 Seleccione el tipo de modelo que se utilizara
En la pantalla Configuración inicial de la Misión Planner seleccione Obligatorio
Hardware> Tipo de frame . Seleccione el marco de su helicóptero. La
configuración predeterminada es X. Si se quiere uno de los brazos para servir como la
dirección de frente exclusiva, seleccione la configuración Plus.
3.1.5 Calibrar brújula
Para realizar la calibración básica brújula se deberá realizar lo siguiente:
En Configuración Intial> Obligatorio Hardware seleccionar Compass.
Seleccione la orientación correcta para su configuración.
Asegúrese de que el Habilitar y AutoDec casillas de verificación se
comprueban
Haga clic en el botón "Calibración en vivo"
9
A continuación, seleccione la configuración del piloto automático.
Una ventana pop-up que le informa que usted tiene 60 segundos para girar la
APM / PX4 alrededor de todos los ejes, pulse "OK"
Una ventana de cuenta atrás debería aparecer para mostrar que el planificador
de la misión es recoger datos de la brújula
Durante estos próximos 60 segundos, debería mantener el helicóptero en el
aire y girar lentamente de manera que cada lado (frente, atrás, izquierda,
derecha, arriba y abajo) apunta hacia abajo, hacia la tierra durante unos
segundos, a su vez.
10
Al terminar, otra ventana se abrirá mostrando las nuevas compensaciones que
se calcula.
Para APM, siempre y cuando los tres valores se encuentran entre -150 y 150
los desplazamientos son buenas. Pulse el botón "OK".
3.1.6 Calibrar acelerómetro
Bajo Configuración inicial, seleccione Accel Calibración en el menú del lado
izquierdo.
Si está utilizando Código ArduCopter 3.0, asegúrese de comprobar que el cuadro de
AC 3.0 y post. Si está utilizando 2.9.1b (o anterior), deje la casilla sin marcar. Este
proceso requiere que usted coloque su helicóptero en las posiciones que se muestran a
continuación en la secuencia. La posición de nivel es el más importante para hacerlo
bien ya que esta será la actitud de que su controlador considera nivel durante el vuelo.
Es importante que no se mueva el helicóptero inmediatamente después de pulsar la
tecla para cada paso.
11
Cuando esté listo para realizar la calibración, seleccione Calibrar Accel.
Mission Planner le pedirá que coloque el helicóptero en cada posición de calibración
y presione cualquier tecla. Proceder a través de las posiciones requeridas.
12
Cuando se haya completado el proceso de calibración, Mission Planner mostrará
"Calibración Exitosa" como se muestra a continuación.
13
CAPITULO IV
4.1.1 Configuración del Radio Control
En todo dispositivo se hace indispensable la calibración del modulo de control para
un correcto uso y control sobre el dispositivo.
4.1.2 Multi-lcd y Control de Programación
1.- Nivel Batería: Indica el nivel de Voltaje de la misma. Si el valor es menor a 8.5V
un Buzzer alertará auditivamente esa situación.
2.- Modo Activo: Indica el tipo de modulación seleccionado: PPM ( Pulse Position
Modulation ) o bien PCM ( Pulse Code Modulation ).
3.- Nombre y ID del Modelo: Muestra el Nº de modelo y nombre establecido en
memoria por el usuario. Pueden grabarse hasta 8 modelos distintos.
4.- Trim del Timón: Indica la posición del Trim de este mando en forma gráfica.
5.- Trim del Acelerador: Indica la posición del Trim de ajuste de este mando en
forma gráfica.
6.- Trim Alerones: Indica en forma gráfica la posición del actual Trim de este
mando.
7.- Trim Elevador: Indica la posición actual del Trim de ajuste de este mando en
forma gráfica
14
8.- Timer: Cronómetro ideal para competencias ( Máximos valores: 99 minutos
/ 59 segundos )
9.- Tipo de Modelo: Indica el tipo de aeromodelo seleccionado, AERO / HELI
/ GLIDER.
4.1.3 Selección de modo y editor de usuario
Para seleccionar / activar cualquiera de estas funciones, debe pulsar las Teclas UP/
DOWN. Una vez seleccionado el item, pulsar MENU . Para salir, pulsar EXIT.
MODEL SELE: Esta función permite seleccionar cuál de los 8 modelos disponibles
en memoria se utilizará o configurará.
MODEL NAME: Permite editar / asignar un nombre al modelo seleccionado
TYPE SELE: Esta función permite seleccionar qué tipo de modelo ( HELI / PLANE
/ GLIDER )
MODEUAT: Se asigna el Modo de Transmisión, PPM/FM o PCM
15
STICK SET: Permite seleccionar los 4 ( cuatro ) modos de uso de sticks disponibles
( 1-4 )
COPY: Permite copiar la configuración de un modelo en otro de los 8 disponibles.
4.1.4 Model sele (selección de modelo )
Esta función permite seleccionar / activar / editar cualquiera de los 8 aeromodelos
disponibles en memoria. Su nombre e imagen representativa aparecerán debajo del
número asignado. Cada modelo puede ser similar o completamente distinto a los
demás cargados en la memoria.
Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción MODEL SELE, luego
pulse la tecla MENU. A continuación ( y usando también las teclas UP / DOWN )
escoja la opción MODULAT y con las teclas UP/DOWN seleccione el tipo de
16
modulación deseada para ese modelo. Luego confirme la opción seleccionada con la
tecla MENU. A continuación, presione la tecla EXIT para salir al menú anterior.
4.1.5 Model Name ( Asignación De Nombre Al Modelo )
Esta función permite seleccionar / editar un nombre de identificación para cada
modelo. Cada nombre puede contener hasta 8 caracteres (números y/o letras ). Ese
nombre asignado aparecerá luego en la pantalla principal cuando se seleccione dicho
modelo.
Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción MODEL NAME, luego
pulse la tecla MENU. A continuación, con las teclas UP / DOWN mueva el cursor
hasta la posición en la que desea escribir un carácter, y con las teclas + / - seleccione
el mismo. Una vez obtenido el carácter deseado, mantenga pulsada la tecla MENU
hasta que un tono audible le indique que se ha ingresado dicho carácter.
Repita esta operación hasta completar el nombre que desea asignar a su modelo. Una
vez terminado el proceso, pulse la tecla MENU para grabarlo, y luego EXIT para salir
al menú anterior.
17
4.1.6 Type sele ( selección de tipo de modelo )
Esta función permite seleccionar qué tipo de aeromodelo se utilizará o asignará a un
modelo determinado.
Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción TYPE SELE, luego pulse
la tecla MENU. A continuación, con las teclas UP / DOWN escoja qué tipo de
modelo se utilizará / asignará ( HELI / ACRO / GLID ). Una vez seleccionada la
opción requerida, pulse MENU para grabar y luego EXIT para retornar al menú
anterior.
4.1.7 Calibrar radio control
Encienda el transmisor. Compruebe que el transmisor está en modo Avión (APM
necesita el modo avión, independientemente del tipo de plataforma en fase piloto) y
todos los adornos están centradas.
18
El transmisor se puede configurar de dos maneras:
Modo 1, el palo izquierdo controlará cabeceo y guiñada, el palo derecho
controlará acelerador and roll.
Modo 2, el palo izquierdo controlará acelerador y guiñada; el palo derecho
controlará cabeceo y balanceo.
Para cualquier tipo de transmisor, interruptor de tres posiciones del transmisor debe
ser conectado al canal 5 y controlará los modos de vuelo.
19
Opcionalmente perilla de sintonización del transmisor debe controlar el canal 6 para
el ajuste durante el vuelo. Canal 7 y Canal 8 interruptores se pueden utilizar para
controlar las funciones auxiliares.
En Mission Planner, haga clic en el botón verde "Calibrar Radio" en la parte inferior
derecha de la ventana. Mission Planner llamará a una ventana de diálogo para
asegurar que el equipo de control de radio está encendida, la batería no está
conectado, y las hélices tampoco. Seleccione Aceptar.
Seleccione Aceptar; mover las palancas de control y los interruptores de palanca en
su transmisor a sus límites de desplazamiento y observar los resultados en las barras
de calibración de radio. Líneas rojas aparecerán a través de las barras de calibración
para indicar valores máximos y mínimos. Mueva el Ch 5 y 6 interruptores de palanca
a través de su gama de posiciones (Ch 7 y 8 no se utilizan para operaciones básicas).
Su transmisor debe causar los siguientes cambios de control:
20
Canal 1: baja = rollo de la izquierda, alta = rollo de la derecha.
Canal 2: baja = paso hacia delante, alta = paso atrás.
Canal 3: baja = acelerador hacia abajo (off), alta = acelerador hacia arriba.
Canal 4: baja = guiñada a la izquierda, alta = guiñada derecha.
Cuando las barras rojas de roll,, acelerador, guiñada, y radio 5 (radio y opcionalmente
6, 7 y 8) se han fijado en las posiciones mínima y máxima, seleccione Haga clic en
Hecho. Mission Planner mostrará un resumen de los datos de calibración. Los valores
normales son alrededor de 1100 para los mínimos y máximos para el 1900. Si las
barras en la dirección opuesta a la dirección en la que está moviendo los palos,
eso significa que el canal se invierte en el lado del transmisor RC. Utilice canal
inverso de su transmisor RC funcionar para revertirlo en el transmisor.
21
4.1.8 Procedimiento de ENCENDIDO / APAGADO del Dispositivo de
reconocimiento Aéreo.
Por defecto, la secuencia que debe seguirse en el encendido y apagado de TODO
sistema de Transmisión R/C por razones de seguridad, es el siguiente:
ENCENDIDO:
1.- Encender el Transmisor
2.- Encender / Alimentar el Receptor
APAGADO:
1.- Apagar / Quitar la alimentación del Receptor
2.- Apagar el Transmisor
22
CAPITULO V
5.1 Conexión y configuración de Cámara
Conexión de la cámara del Quadcopter hacia nuestra red 3g. Iniciamos el Start Setup
Damos siguiente aceptamos la licencia y nos hace una búsqueda de la cámara Cisco
23
Una vez que la encuentra nos pide usuario y contraseña de la misma
Nos pide conectarme con la red 3g del Proyecto se la accede con la contraseña del
mismo ya configurada.
24
Una vez hecho estos pasos se desconecta el cable de red y se procede a encender otra
vez la cámara con conexión inalámbrica.
Una vez que tengamos conexión entre el router, el servidor y la cámara del
Quadcopter procedemos a instalar el Programa Open source Ispy , cuya instalación es
sencilla.
25
Añadir la Cámara Cisco al programa Open Source con el asistente
Escogemos la marca cisco y el Modelo wvc80n
26
Colocamos el usuario y contraseña antes configurado
Colocamos la Ip de la Cámara que es la 192.168.1.102 para que la busque
27
Esperamos que obtenga una búsqueda por URL
La Cámara se Añade al Programa
28
5.1.1 Instalando iSpyCam
iSpy es a la vez una aplicación de Windows y una aplicación web. La aplicación de
Windows le permite agregar cámaras y micrófonos a una "superficie", configurarlos y
controlarlos - la visualización de vídeo en directo e incluso la reproducción de audio
en directo desde una variedad de fuentes de red.
5.1.2 Descargando iSpycam
Descarga iSpy y ejecute el archivo ejecutable ("setup.exe"). Usted necesitará
permisos de administrador para instalar iSpy pero no se les tendrá que ejecutar iSpy
después de la instalación.
5.1.3 Conexión de una cámara a iSpyCam
iSpy puede conectarse a prácticamente cualquier fuente de vídeo. Para añadir una
cámara en iSpy haga clic en "Agregar" y haga clic en "Cámara Local" para agregar
una cámara USB, "Cámara IP" para agregar una cámara IP.
29
5.1.4 Conexión a Cámaras IP
Para conectar iSpy a una cámara IP utiliza el incorporado en el asistente de cámara
IP. Haga clic en la cámara Add-> IP con el Asistente y siga el asistente a través. iSpy
explorará su red para buscar los dispositivos disponibles. Si iSpy le da una opción de
FFMPEG o VLC a continuación, intente la primera, ya que por lo general incluyen un
canal de audio también.
5.1.5 Ajustes de la cámara.
Una vez se ha seleccionado una fuente de vídeo iSpy le mostrará la pantalla de
configuración principal. Usted puede regresar a esta configuración en cualquier
momento haciendo clic derecho en la cámara en la superficie iSpy y haciendo clic en
"Editar".
30
Por lo tanto nos dara acceso a las siguientes opciones:
Fuente
Fuente de vídeo para la cámara
Advanced Cámara Inmuebles / Entradas
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Esta sección sólo se aplica a las cámaras USB y le permite cambiar el frame-rate y
ajustes de resolución. Dependiendo de sus drivers cámaras éstos pueden o no pueden
persistir entre reinicios de iSpy.
Nombre
Una vez que haya especificado una fuente de vídeo iSpy establece automáticamente
un nombre para la cámara en el campo de nombre para que coincida.
Grupos de acceso
Lista de nombres de grupos para controlar el acceso a esta cámara a través
ispyconnect (sólo suscriptores)
Activo
La casilla de verificación activa la cámara es un control directo - es decir que cambia
la cámara o desactivar inmediatamente sin esperar a que haga clic en Finalizar. Hay
algunos controles bastante vivos en estas páginas.
Flip-X, Flip-Y y rotación 90 son todos los controles en directo y se utilizan para
hacer la transmisión en vivo orientar adecuadamente (útil, por ejemplo, si la cámara
se monta al revés en el techo.
Marca de tiempo
iSpy superpone un campo de marca de tiempo que muestra los cuadros por segundo
(FPS), junto con la hora actual. Puede cambiar el formato de la fecha y hora de
utilizar este cuadro combinado. Las llaves son expresiones especiales formateador,
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puede encontrar otros ejemplos aquí . Usted puede colocar este texto en una serie de
lugares usando la lista desplegable a la derecha de este.
Máscara de imagen
Usted puede solicitar un archivo PNG transparente para iSpy a áreas sensibles black-
out de la opinión de las cámaras usando este.
Picture in Picture
Superposición otra cámara se alimenta de esta cámara - Más información .
Max velocidad de fotogramas
El limitador de velocidad de fotogramas predeterminada de la cámara.
Cuando grabación
El limitador de velocidad de fotogramas de la cámara durante la grabación (sólo
disponible para archivos mp4).
Micrófono
El micrófono lista muestra micrófonos disponibles que ya ha añadido a iSpy.
Emparejar un micrófono con una cámara permite iSpy de grabar vídeo en la detección
de sonido o sonido en la detección de vídeo.
Ignorar Audio
Fuerza iSpy ignorar el canal de audio de la cámara
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Discusión
Configuración Talk para la cámara (que permite hablar o correr texto a voz a través
del altavoz de la cámara)