Lima, Abril de 2015 ASESOR: Elizabeth Villota Cerna ELIZABETH MARGARET CENTURION CANCINO PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA SEMBRADORA DE QUINUA SEMIAUTOMÁTICA CON APLICACIÓN EN LA COSTA PERUANA Tesis para optar el Título de Ingeniera Mecatrónica, que presenta el bachiller: 2 Resumen Este trabajo presenta una propuesta para el desarrollo de una sembradora semiautónoma que ayude en la tarea de sembrar semillas de quinua en la costa del Perú, donde el método de siembra sea por cama y se utilice riego por goteo. La necesidad del desarrollo de una sembradora de este tipo nació por la exigencia de obtener productos de mayor calidad (tamaño uniforme, evitar plagas, etc). Actualmente se utilizan sembradoras mecánicas, las cuales dependen mucho de las condiciones a las que las maneja el hombre, quien determina la velocidad a la que se desplaza por el campo de siembra y la cantidad de semillas que éstas esparcen; lo cual no las hacen tan eficientes porque no generan una siembra uniforme, incrementando así la labor de deshierbo, evitando un correcto crecimiento de la semilla y producción de ésta, evitando el uso eficiente del tiempo tanto en la etapa de sembrío como el la de cosecha. Con el sistema mecatrónico planteado se obtendrá una dosificación de semilla uniforme y profundidad uniforme, evitando así perder mucho tiempo en la etapa de deshierbo, agilizando la tarea de siembra pero sobre todo se mejorará la cantidad de kilos obtenidos de quinua en la cosecha. En el capítulo 1 se presenta la problemática que existe al no poder cubrir la creciente demanda de quinua tanto interna como externa, causada por el reconocimiento a nivel mundial del valor nutricional de este producto; por ende la necesidad de obtener mayor cantidad de semillas por hectárea y agilizar el proceso de siembra. Además se menciona la importancia de tener uniformidad de siembra, para obtener semillas de calidad y volver más eficiente el proceso de cosecha. En el capítulo 2 se presentan las condiciones en las que se aplicará el sistema mecatrónico y los requerimientos que el sistema planteado deberá ser capaz de satisfacer. En el capítulo 3, se detallan los componentes electrónicos (sensores y actuadores) indispensables para el funcionamiento del sistema planteado, los componentes mecánicos que lo conforman; así como la explicación y detalle de éstos a través de imágenes y planos. También se describe el sistema de control planteado. En el capítulo 4 se detalla el presupuesto que se necesita para construir el prototipo, lo cual incluye el costo de componentes electrónicos, mecánicos y costos de fabricación. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del proyecto realizado. Adicionalmente, se han incluido anexos, donde se detallan los cálculos de dimensionamiento, para el diseño de elementos mecánicos, y la elección de componentes electrónicos; también son descritas las especificaciones técnicas de los componentes utilizados y se adjuntan los planos completos de despiece y ensamble del sistema propuesto. 3 Índice 1. Presentación de la problemática………………….………….4 2. Requerimientos del sistema mecatrónico y presentación del concepto…………………………………..6 2.1 Requerimientos del sistema mecatrónico……………..6 2.2 Concepto del sistema mecatrónico…………………....7 3. Sistema mecatrónico…………………………………………..9 3.1 Diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico……………………………………..………..9 3.2 Sensores y actuadores………………………………...11 3.3 Planos del sistema mecánico…………………………18 3.4 Diagramas esquemáticos de los circuitos del sistema mecatrónico……………………………………………..36 3.5 Diagramas de flujo del programa de control……...…40 3.5.1 Diagrama de bloques……………………………….40 3.5.2 Diagrama de flujo……………………………......….40 4. Presupuesto…………………………………………………...50 4.1 Presupuesto mecánico...………………………………50 4.2 Presupuesto electrónico..……………………………..51 5. Conclusiones………………………………………………….52 Bibliografía………………………………………………..………53 4 Capítulo 1 Presentación de la problemática Nuestro país se caracteriza por tener un alto potencial agrícola gracias a su diversidad de climas y suelos, es por eso que la actividad agrícola se ha caracterizado como una de las actividades económicas más importantes del Perú desde los orígenes de las antiguas civilizaciones hasta el día de hoy. Su crecimiento ha sido permanente con el pasar de los años, siendo la de mayor crecimiento promedio en América Latina en el periodo 2000-2012, alcanzando niveles de 5% [1]. La región de los Andes ha sido un centro de origen y domesticación de varias especies nativas, tolerantes a condiciones marginales, aire seco, déficit hídrico, bajas temperatura pero especialmente poseedoras de alto valor nutritivo, relacionado particularmente con sus proteínas. Dentro de estas especies andinas, están los granos andinos, específicamente la quinua, la cual comparada con otros alimentos de la pirámide alimenticia contiene en gran cantidad aminoácidos esenciales que son: lisina, metionina y triptófano [2]. La quinua por su alto valor alimenticio y nutritivo y su, adaptación a diferentes climas y suelos ha generado un alto interés en los agricultores, empresas agroindustriales, instituciones públicas, privadas, nacionales e internacionales. Esto ha traído consigo un incremento en la producción durante los últimos veinte años. Si bien es cierto en los años cuarenta en el Perú ya se producía entre 40 mil y 50 mil toneladas métricas este nivel de producción se vio afectado por incursión en el mercado de productos derivados del trigo, esta situación cambio a partir de 1985, cuando se llegó a sembrar 40 mil hectáreas y por ejemplo en el 2012 se registró un incremento de 39 mil toneladas a 44 mil toneladas en el 2012, ubicando actualmente al Perú como el segundo productor de Quinua en el Mundo [3]. La revaloración de este grano y su identificación como un producto saludable ha generado un crecimiento también de la demanda en el exterior (figura 1.1), las exportaciones de quinua crecieron 85.2%, gracias a ventas en países como Australia (483.9% crecimiento), EEUU donde es considerada como una “supercomida” (160.7%), Canadá (120.7%) y Alemania (61.1%), además de la incursión en nuevos mercados [4]. Figura 1.1: Evolución de las exportaciones de quinua (en miles de US$) Fuente: [5] 5 La producción nacional de quinua en el 2012 alcanzó 44.020 t, dándose principalmente en la sierra y costa del país. La región que representa la mayor producción es Puno, llegando a tener el 70% de la producción nacional [5]; sin embargo las áreas de la cultivo de la sierra son insuficientes para cubrir la demanda local, afectada por las exportaciones. Por esto se optó por empezar a sembrar este cereal en la Costa de nuestro país, siendo Arequipa la región donde se ha registrado el mayor crecimiento de producción en los últimos años, en el orden del 60%, además de ser la región en la que se obtiene un mayor rendimiento por hectárea (Figura 1.2). Figura 1.2: Rendimiento promedio de quinua por departamento 2012 Fuente: [5] A pesar de que las cifras son muy prometedoras, estas no satisfacen la necesidad de exportación ni la de consumo en nuestro país, es por eso que se encuentran altos precios en el mercado. Una forma de mejorar la producción es incrementando la cantidad de kilos obtenidos por hectárea. Citando a la doctora Luz Gómez Pando “Esta forma de aumentar la productividad debe ser desarrollando nuevas variedades y nuevas tecnologías de cultivo. Por lo tanto, se requiere investigación en esos dos factores para lograr incrementar la producción nacional” [6]. Uno de los problemas identificados en el proceso de producción de quinua es en la etapa de siembra, donde la falta de tecnología hace que no se obtenga una profundidad y densidad de siembra adecuada para el tipo de suelo; estos factores importantes deben ser tomados en cuenta para tener un esperado desarrollo de la semilla y evitar plagas y enfermedades [7]. Para poder contribuir con la solución del problema descrito, se plantea usar una máquina semiautónoma para el sembrío de quinua en la costa del Perú. El prototipo diseñado tendrá la función de desplazarse por las camas de los surcos realizados, los cuales estarán ubicados en zonas de cultivo de la costa de nuestro país, donde se aplica riego por goteo, deberá también mantener una profundidad de siembra constante y realizar una adecuada dosificación de semilla, siguiendo el patrón ingresado por el agricultor. 6 Capítulo 2 Requerimientos del sistema mecatrónico y presentación del concepto 2.1 Requerimientos del sistema mecatrónico 2.1.1 Requerimientos físico – mecánicos  Se deberá poder regular la profundidad de siembra en un rango de 1 cm a 3 cm.  La dosificación de semillas deberá ser de chorro continuo.  El dispositivo deberá contar con una tolva cuya capacidad máxima será 3 kg.  Se deberá poder regular el flujo de cantidad de semillas a necesidad del agricultor.  Deberá realizar dos pequeñas hileras de surco a medida que se desplaza por el terreno.  El material de fabricación de la tolva deberá ser de libre oxidación con el fin de proteger el estado de la semilla.  El ancho del dispositivo deberá ser menor al máximo de cama de surco, 50 cm.  La estructura del dispositivo deberá ser lo suficientemente robusta para desplazarse por terrenos con obstáculos, tales como piedras o residuos de maleza.  Capacidad para desplazarse en un área de 1/3 de hectárea equivalente a 3333.3 m².  Velocidad de desplazamiento máxima de 2 m/s.  El dispositivo deberá pesar menos de 15 kg para que pueda ser cargado por dos personas. 2.1.2 Requerimientos electrónicos y de control  El dispositivo deberá contar con una fuente de energía portátil capaz de permitir un desplazamiento autónomo durante toda la realización de la siembra y el correcto funcionamiento de los sistemas de dosificación y surcado.  Se deberá sensar constantemente la posición para corregir errores de seguimiento de ruta.  El dispositivo deberá ser capaz de seguir una trayectoria previamente definida.  Se deberá permitir el ingreso y lectura de datos de profundidad y densidad de siembra por parte del usuario.  El dispositivo deberá ser capaz de controlar un correcto desplazamiento (seguimiento de ruta), controlar los motores de dirección y tracción y controlar el sistema de dosificación al mismo tiempo.  Capacidad de memoria suficiente para poder almacenar la trayectoria a seguir como la información de las coordenadas obtenidas por los sensores. 7 2.2 Concepto de la solución El presente trabajo propone, como solución al problema, el diseño de un prototipo semiautónomo para el sembrío de semillas de quinua. En la figura 2.1 se muestra una vista isométrica del sistema planteado. El prototipo será colocado por el usuario en una esquina del terreno de siembra con dirección a los surcos realizados, el cual será considerado como el punto inicial de la ruta a seguir. A continuación se mencionará las partes que conforman el prototipo. Figura 2.1: Vista isométrica del concepto de solución Fuente: Elaboración propia En la figura 2.2 se muestra el subsistema de interacción con el usuario (1) y subsistema regulable de dosificación (2). El subsistema de interacción con el usuario contará con una pantalla LCD y un teclado matricial, los cuales permitirán el ingreso de datos de inicio, como profundidad y densidad de siembra. El sistema regulable de dosificación, cuenta con una paleta que girara gracias a un servomotor. Al inicio ésta se encontrara tapando los cuatro huecos ubicados en el lado izquierdo y derecho de la tapa de dicho sistema. Una vez el usuario ingresa el dato de densidad de siembra, el servomotor girará la paleta, lo cual permitirá desbloquear una cierta cantidad de agujeros, permitiendo así el paso de un cierto flujo de semillas de quinua, acorde a la densidad de siembra ingresada. Figura 2.2: Vista superior del concepto de solución Fuente: Elaboración propia 2 1 8 En la figura 2.3 se señala el subsistema de surcado (3), el cual cuenta con 2 surcadores encargados de generar dos hileras de surco, necesarias para la siembra por cama tal como se indicó en los requerimientos, a la profundidad indicada por el usuario, la cual podrá ser regulada por medio de un mecanismo de subida y bajada conformado por una cremallera y un engranaje. El engranaje girará gracias a un servomotor, el cual permitirá desplazar la cremallera hacia arriba o abajo y así desplazar también a los surcadores. También se señala el subsistema de desplazamiento (4), cuyo diseño se basó en el sistema de suspensión conocido como rocker boggie, especialmente el que fue desarrollado en la universidad de Antioquia en el año 2005 [8], este sistema garantiza el contacto de las ruedas con el terreno y a la vez permite el desplazamiento vertical respecto al chasis del vehículo para superar obstáculos [9]. Los servomotores ubicados en las ruedas de la parte delantera y trasera permitirán controlar la dirección y regularla en caso sea necesario, así como también los servomotores ubicados en cada rueda permiten controlar de manera independendiente el desplazamiento de cada una. Figura 2.3: Vista lateral del concepto de solución Fuente: Elaboración propia En la figura 2.4 se puede apreciar con más detalle los dos dosificadores de salida para las semillas de quinua y también los dos surcadores regulables. Fig. 2-4: Vista inferior del concepto de solución Fuente: Elaboración propia 3 Además el sistema contará con un módulo de RF XBee que formará parte del subsistema de comunicación inalámbrica, el cual no se detallará en esta tesis pero que para aplicaciones futuras podría permitir al usuario conocer por donde se está desplazando el robot y si está siguiendo la ruta deseada, se perdió o si se atracó. Por último el prototipo también cuenta con un subsistema de navegación, el cual incluye un módulo IMU y un módulo GPS encargado de disminuir el error generado por el componente anterior, los cuales en conjunto permiten la navegación autónoma del prototipo planteado. Si el sistema detecta que el prototipo no está siguiendo la ruta esperada, se enviara señales de corrección de dirección a los 4 servomotores de dirección. En el capítulo 3 se detallará en que consiste cada subsistema y también se mencionara al subsistema de potencia y de control. 4 9 Capítulo 3 Sistema mecatrónico 3.1 Diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico Figura 3.1.1: Diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico. Fuente: Elaboración propia En la figura 3.1.1 se muestra el total de los subsistemas que integra el sistema mecatrónico. El color rojo señala al subsistema de energía, el color verde al subsistema de interacción con el usuario, el color fucsia al subsistema de comunicación inalámbrica, el color azul al subsistema de navegación, el color celeste al subsistema de surcado, el color morado al subsistema de dosificación, el color marrón al subsistema de desplazamiento y por último el color anaranjado al sistema central de control, en el cual se centra el funcionamiento y control de los subsistemas mencionados. Fuente de7.8V Convertidor 3V Pantalla LCD Teclado Matricial Seleccionar dosificación Seleccionar profundidad Servomotor para surcador servomotores de tracción y dirección Fuente de 9.9V Convertidor 5V Alimentación Energía Interacción con el Usuario GPSIMU Datos de Ubicación MICROCONTROLADOR Datos de entrada Calcular navegación y ley de control Eje giratorio Engranaje Cremallera Servomotor para dosificador Paleta giratoria Quinua dosificada Quinua sembrada Cadena SCL/SDA TX/RX PC (genera trayectoria) XStick XBee Arduino Wireless Proto Shield Inalambrica USB Regulación de voltaje Tolva Rocker-Boggie Usuario QuniuaQuinua 10 El subsistema de energía es el encargado de brindar de energía a los componentes del sistema mecatrónico. La batería de 12 V se conectará a un regulador de voltaje que dará como salida 5V, el cual alimentará a todos los servomotores del sistema, y la otra de 9.9V, que alimentará al Arduino directamente y de la cual también se regulará voltaje para obtener 3V que alimenten al módulo MinIMU y al GPS. El módulo XBee será alimentado con la salida 3.3 V del mismo Arduino. El subsistema de interacción con el usuario es el encargado de preguntar al usuario acerca de las condiciones de siembra de su preferencia, recepcionar los datos de entrada y enviarlos al controlador central. La pantalla LCD y el teclado matricial que conforman este subsistema se conectan de manera directa al Arduino Mega por medio de los puertos de entrada digital. El subsistema comunicación inalámbrica, como se mencionó en el capítulo dos, es el encargado de que el usuario pueda saber si el prototipo está siguiendo la ruta correcta o si se ha desviado para que así pueda ir a su rescate. El módulo XBee se conecta directamente al Arduino por los puertos Tx/Rx y a la salida 3.3 V del mismo. El subsistema de navegación es el encargado de brindar la información necesaria para que pueda calcular la ubicación del prototipo al controlador central, para que éste la procese y así pueda controlar que el prototipo siga la trayectoria previamente definida. La información es obtenida por medio de un módulo que integra un IMU, el cual se conecta al microcontrolador por medio de los puertos SCL/SDA, y el modulo GPS, que se conecta al microcontrolador por medio de los puertos Tx/Rx. El subsistema de surcado es el encargado de realizar las líneas de surco para que se depositen en ellas las semilla de quinua. Recibirá la información del controlador central, la cual determina cuanto deberá girar el servomotor de surcado en relación a la profundidad de siembra requerida; y como ya se explicó en el capítulo dos, gracias al engranaje y cremallera, los surcadores podrán desplazarse de arriba hacia abajo o viceversa. El servomotor de surcado estará conectado de manera directa al Arduino Mega por medio de uno de los puertos PWM. El subsistema de dosificación es el encargado de dosificar las semillas de quinua. Al igual que el subsistema de surcado, recibirá la información del controlador central, el cual determina cuanto deberá girar el servomotor de dosificador en relación a la densidad de siembra requerida; y como ya se explicó también en el capítulo dos, esto permitirá que la paleta regule el flujo de semillas de quinua. El subsistema de desplazamiento es el encargado del movimiento del prototipo planteado, este recibirá la información del controlador central para poder regular el giro de los servomotores de dirección. Los servomotores de dirección y tracción estarán conectados, de manera directa al Arduino Mega, a los puertos PWM de este último. El controlador central, esta aquel que integra las funciones de todos los demás subsistemas. Su funcionamiento se basa principalmente en recibir los datos de entrada ingresados por el usuario, recibir los datos de los sensores de navegación y procesar la información para poder enviar señales de control requeridas al subsistema de dosificación para obtener un adecuado flujo de semillas, al subsistema de surcado para cumplir con la profundidad de siembra y al subsistema de desplazamiento para que el prototipo pueda seguir la trayectoria necesaria y así en conjunto realizar una tarea de manera eficiente, con resultados esperados. 11 3.2 Sensores y actuadores 3.2.1 Sensores 3.2.1.1 IMU En la figura 3.2.1 se muestra el módulo IMU elegido, consta de un acelerómetro, magnetómetro y un giroscopio, llamado MinIMU-9. Los datos capturados por este módulo son enviados al microcontrolador en la misma dirección compartida I²C, tal y como se puede encontrar en su hoja de datos adjuntada en el Anexo 9.1. Un acelerómetro es un tipo de sensor analógico transductor que detecta el movimiento o el giro, es decir, es capaz de responder con una señal eléctrica ante una perturbación inducida por la aplicación de una fuerza o la gravedad. Puede medir las variaciones de aceleración en los tres ejes X, Y, Z, y dará tres voltajes proporcionales a la aceleración en cada eje. Un magnetómetro (compas) detecta de donde proviene la mayor fuerza electromagnética. Este efecto es utilizado para situar el norte magnético, lo cual ayudara a determinar si el prototipo está siguiendo la dirección deseada. Las nueve lecturas independientes de rotación, aceleración y campo magnético brindan toda la información necesaria para crear un sistema de referencia, ya que nos permite tener los datos de posición, aceleración y campo magnético. El microcontrolador dotado de un algoritmo adecuado puede usar esta información para calcular la orientación del prototipo. Por lo tanto, el giroscopio se puede utilizar para realizar un seguimiento de forma muy precisa a la rotación en un corto plazo de tiempo, mientras que el acelerómetro y la brújula pueden ayudar a compensar la deriva del compás con el tiempo, proporcionando un marco de referencia absoluto. Figura 3.2.1: Vista isométrica del MinIMU-9 Fuente: [11] Tabla 3.2.1: Características del IMU Modelo Alimentación Corriente de Suministro Rango de Operación Precisión MinIMU-9 v3 3 V 6 mA Acelerómetro ±16 g 4 mg Compas ±2 Gauss 5 mgauss Gyroscopio ±2000 dps 70 mdps 12 En la figura 3.2.2 se indica que el módulo MinIMU-9 se encuentra en la placa para tarjetas electrónicas ubicada en la parte delantera de la base del prototipo. Figura 3.2.2: Ubicación del Acelerómetro ADXL 345 Fuente: Elaboración propia 3.2.1.2 GPS (Global positioning system) Es un dispositivo electrónico que permite conocer la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave en cualquier parte del mundo. Los datos del receptor GPS son absolutos. El error de los datos obtenidos por medio del acelerómetro y el compas aumenta con el tiempo, por lo cual es necesario usar un dispositivo que ayude a disminuir dicho error, para esto está el GPS quien ayuda a corregir el error de los datos obtenidos. El la figura 3.2.3 se muestra el módulo GPS elegido es el LS20031 (Anexo 9.2), el cual integra el MediaTek MT3339 66-channel GPS con una antena cerámica para crear un módulo GPS completo que pueda seguir hasta 66 satélites GPS al mismo tiempo. En la figura 3.4, se muestra las características el GPS escogido. Figura 3.2.3: Vista isométrica de la parte superior e inferior del GPS Fuente: [12] Tabla 3.2.2: Características del Módulo GPS Modelo Alimentación Consumo Corriente Interfaz Precisión LS20031 3 V 13 mA Tx/Rx 2.5 m 13 En la figura 3.2.4 se muestra la ubicación del módulo GPS, el cual se encuentra al lado del MinIMU. Figura 3.2.4: Ubicación del módulo GPS LS20031 Fuente: Elaboración propia 3.2.1.3 XBee Los módulos XBee integran un transmisor-receptor de ZigBee (protocolo de comunicaciones inalámbrico basado en el estándar de comunicaciones IEEE 802.15.4) y un procesador en un mismo módulo, lo cual permite desarrollar aplicaciones rápidas de comunicación. Son de bajo consumo y permiten realizar comunicación desde 100 m hasta 1600 m (Anexo 9.3). En la figura 3.2.5 se muestra el modelo XBee series 2, el cual será utilizado para establecer una conexión inalámbrica entre el prototipo y una estación de control, lo cual permitirá que el usuario sepa si la máquina está siguiendo la tarea (trayectoria) asignada, es decir si no se ha perdido o si se ha quedado atascado y así pueda ir a su rescate. Será colocado sobre un Wireless SD Shield para Arduino Mega. Figura 3.2.5: Modulo XBee series 2 Fuente: [13] En la tabla 3.2.3 se muestra las especificaciones importantes del módulo XBee Tabla 3.2.3: Características del Módulo XBee Modelo Alimentación Consumo Corriente Interfaz Alcance XBee series 2 3.3 V 50 mA Tx/Rx 100 m 14 3.2.1.4 XStick XStick de Digi es un USB de fácil funcionamiento que proporciona conectividad local para redes inalámbricas compuestas por XBee. En la figura 3.2.6 se muestra el XStick a utilizar, el cual simplemente se conectará al puerto USB de un ordenador portátil o PC para acceder a la red XBee, lo cual además contribuirá con la portabilidad del sistema (Anexo 9.4). . Figura 3.2.6: XStick Fuente: [14] 3.2.2 Actuadores 3.2.2.1 Servomotores de aeromodelismo para tracción El servomotor, utilizado para la tracción de las seis ruedas, será manipulado para convertirlo en un motor que pueda girar 360° libremente y así mantener el giro constante de las ruedas. Se eligió trabajar de esta manera con los servomotores y no usar motores DC, debido a que no se necesitara montar un circuito de potencia para controlar cada servomotor, son de peso muy ligero pero de alto torque y son capaces de moverse sobre una superficie en la que se necesite vencer alta resistencia al desplazamiento, así como también superar obstáculos. La manipulación consta en retirar los topes de los engranajes y potenciómetros con mucho cuidado [10]. En la figura 3.2.7 se muestra una vista isométrica del servomotor elegido que es el servomotor TowerPro-9 Mg995 de 10kg.cm de torque, el cual fue elegido debido a que multiplicado por seis (seis servomotores) cumple con la potencia requerida para el avance del prototipo (Anexo 5), además de ser de un precio bastante cómodo. En la tabla 3.2.4 se muestran las principales características de dicho servomotor. Figura 3.2.7: Vista isométrica del motor de tracción Fuente: [15] 15 Tabla 3.2.4: Características del Servomotor de tracción En la figura 3.2.8 se muestra la ubicación del módulo servomotor de tracción, el cual se encuentra sostenido por la pieza que une las ruedas a la estructura rocker- boggie. Figura 3.2.8: Ubicación del servomotor de tracción 3.2.2.2 Servomotores para dirección La precisión de giro es muy importante en el proyecto y la manera más eficiente de adquirirlas es con la ayuda de los servomotores que nos brindan posiciones o movimientos exactos. En la figura 3.2.9 se muestra el servomotor elegido que es el modelo Futaba S3010, a pesar de su tamaño estándar posee extra potencia y velocidad, además de su precio ser económico. En la tabla 3.2.5 se muestran las principales características de dicho servomotor. Figura 3.2.9: Vista isométrica del motor de dirección Fuente: [16] Tabla 3.2.5: Características del Servomotor de dirección Modelo Alimentación Modulación Torque Velocidad Mg995 5 V Análoga 10 kg.cm 0.2 s/60° Modelo Alimentación Modulación Torque Velocidad S3010 5 V Análoga 5.2 kg.cm 0.2 s/60° 16 En la figura 3.2.10 se muestra la ubicación del Servomotor de dirección, el cual se encuentra en las esquinas de la parte delantera y trasera del prototipo. Figura 3.2.10: Ubicación del Servomotor de dirección 3.2.3 Otros 3.2.3.1 Arduino mega El sistema de control central estará administrado por la plataforma de hardware libre Arduino de modelo Mega 2560. Esta plataforma es de fácil aprendizaje y uso debido a su lenguaje básico de programación. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida, de los cuales 15pueden actuar como salidas PWM; 16 entradas análogas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexión USB, un botón de reset y una entrada para la alimentación de la placa. Además cuenta con tres tipos de memoria (Tabla 3.2.7) La comunicación entre la computadora y Arduino se produce a través del puerto serial, sin embargo se puede utilizar un convertidor USB-serial para facilitar el uso de recursos. Figura 3.2.11: Arduino mega Fuente: [17] Tabla 3.2.6: Características del Arduino mega Modelo Microprocesador Alimentación Consumo de Corriente x cada Pin E/S Arduino mega Atmega 2560 7-12 V 40 mA 17 Tabla 3.2.7: Memoria Arduino mega 3.2.3.1 Wireless SD Shield El shield propuesto permite la comunicación inalámbrica mediante el uso de un módulo inalámbrico, se diseñó para ser usado con XBee pero es compatible con otros tipos de módulo. También posee una ranura para memoria SD, la cual puede almacenar información utilizando la librería SD de Arduino, lo cual podría ser de ayuda para almacenar mayor cantidad de información en un futuro. Figura 3.2.12: Wireless SD Shield Fuente: [18] 3.2.3.1 Baterías Las baterías a utilizar son 2, una para el sistema de control y otra para el sistema de potencia. Para el primero se utilizará una batería LIPO de 9.9 V y 1800 mAh que alimentará el regulador de voltaje a 3 V, necesario para este sistema. Para el segundo se utilizará una batería LIPPO de 7.8 V y 10 Ah. Ambas baterías fueron elegidas porque permiten la autonomía del sistema, comprobado en el anexo 9. Figura 3.2.13: Baterías a utilizar Fuente: [19] y [20] Tipo de memoria Tamaño Tipo Descripción FLASH 256 KB No volátil Guarda el programa EEPROM 4 KB No volátil Guarda información a largo plazo SRAM 8 KB Volátil Guarda y manipula variables al ejecutar el programa 18 3.3 Planos del sistema mecatrónico A continuación, se presentarán los planos mecánicos que forman parte del sistema mecatrónico planteado. Además, se presentará una breve descripción de cada uno. Cabe mencionar que estos planos son presentados a tamaño completo en el anexo 10, con su respectivo número y el sufijo L. En la figura 3.3.1 se muestran las vistas principales del sistema mecatrónico, tales como la vista superior (A), donde se encuentra el detalle B, la vista lateral (B) donde se indica la vista G y el detalle A y la vista frontal (C) donde se indica el detalle D. El sistema mecatrónico medirá 429 mm de ancho, 667 mm de largo y 345 mm de alto. En la figura también se indica con números algunas de las partes que componen dicho sistema. Figura 3.3.1: Plano de las vistas principales del ensamblaje total Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.2: Detalles y secciones del plano ensamblaje total Fuente: Elaboración propia A B C 19 En la figura 3.3.2 se muestra los detalles y vistas indicados en la figura 3.15, donde también se indica con números partes del sistema mecatrónico. En las figuras 3.3.1 y 3.3.2 se detallan los componentes que integran el sistema mecatrónico, los cuales serán descritos y referenciados en la tabla 3.2.8, en la cual también se indica que el ensamblaje total está conformado por dos subensambles, el subensamble dosificación y surcado y el subensamble rocker-boggie. Tabla 3.2.8: Partes del ensamble total En la figura 3.3.3 se muestra el plano del subensamble dosificación y surcado. El cual lo conforman cuatro partes, la base 2, sistema de dosificación, sistema de surcado (caja 2) y sujetador 2. 20 Figura 3.3.3: Plano del subensamble dosificación y surcado Fuente: Elaboración propia En la figura 3..3.4 se muestra el plano de la base 2, la cual estará compuesta por perfiles de acero ASTM A36 en L y la base y lados serán de aluminio AA 6061. Cuyo análisis de esfuerzos se encuentra en el anexo 4. Figura 3.3.4: Plano de la Base 2 (L11) Fuente: Elaboración propia En la 3.3.5 se muestra el plano del soporte 6 (posición 8 de la figura 3.14),el cual será fabricado de una plancha de aluminio AA 6061 de 3.18 mm de espesor rolada 21 en cada esquina para tomar la forma cuadrada con esquinas triangulares, como se indica en la figura. En la figura 3.3.6 se muestra el plano de la plancha base (numero 7 de la figura 3.14), el cual será fabricada de una plancha de aluminio AA 6061 de 3.18 mm de espesor. En la figura 3.3.7 se muestran los planos de los perfiles que conforman la base 2, cuyos números hacen referencia a los indicados en la figura 3.3.4. Todos los perfiles serán de 20 mm x 20 mmx 2 mm y estarán hechos de acero ASTM A36. Figura 3.3.7: Planos de perfiles que conforman la base 2 (L46, L47, L48, L49, L50) Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.5: Plano de perfil 6 (L52) Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.6: Plano de plancha base (L51) Fuente: Elaboración propia 22 En la figura 3.3.8 se muestra el plano del sistema dosificación, el cual está conformado por un servomotor, una tolva y el sistema dosificador medio. Cabe mencionar que el servomotor será unido a la paleta por medio de un acople de modelo “Servo Shaft Hub” (Anexo 9.10). Figura 3.3.8: Plano del sistema Dosificador (L12) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.9 se muestra el plano de la tolva que forma parte del sistema dosificador, la cual estará fabricada de acrílico PMMA. Figura 3.3.9: Plano de la tolva (L16) Fuente: Elaboración propia En la tabla 3.2.9 se muestran las partes que forman el sistema dosificador medio. En las figura 3.3.10, 3.3.11 y 3.3.12 se muestran los planos de las partes indicadas en la tabla 3.2.7. Dichas partes serán fabricados por impresión 3D con material ABS. 23 Tabla 3.2.9: Partes del sistema dosificador medio Figura 3.3.9: Plano de la vista superior y lateral de la base 1 (L18) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.13 se muestra el plano del sujetador 3 indicado en la figura 3.3.3 como parte del subensamble del sistema dosificador y surcador. Este sujetador une la el dosificador a la base 2. Estará fabricado de aluminio AA6061 y será unido con tornillos roscado. Se cuenta con cuatro de estos sujetadores. Figura 3.3.11: Plano de la vista frontal y superior del dosificador (L19) Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.12: Plano de la vista frontal y superior de la paleta (L17) Fuente: Elaboración propia 24 Figura 3.3.13: Plano de la vista frontal y superior del sujetador 3 (L13) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.14 se muestra el plano de la caja 2 o sistema de surcado, el cual hace referencia al sistema abresurco, sistema interrupción y demás partes. En la figura 3.3.15 se muestra el plano de la vista inferior y frontal de la parte caja (1 en la figura 3.3.14), la cual cubrirá a la cremallera y sostendrá al sistema interrupción. En la figura 3.3.16 se muestra la vista superior de la tapa 1 (2 en la figura 3.3.14), vista necesaria y suficiente para indicar las dimensiones de esta. También de muestra la vista frontal de la tapa 2 (6 en la figura 3.3.14) en donde se indica las dimensiones necesarias para su fabricación. En la figura 3.3.17 se muestra la vista frontal y superior de parte caja 2 (4 en la figura 3.3.14), la cual servirá para cubrir el engranaje y colocar las chumaceras de aluminio de modelo “Bore pilow block” (Anexo 9.10) que sostendrán el eje de la cremallera.Las cuatro últimas piezas mencionadas estarán fabricadas de acrílico PMMA cuyo espesor será de 2mm. Figura 3.3.14: Plano de la caja 2 (L14) Fuente: Elaboración propia 25 Figura 3.3.17: Plano de la vista frontal y superior de parte caja 2 (L23) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.18 se muestra el plano del engranaje que forma parte del sistema abresurco, el cual será fabricado de acero AISI4340. Este engranaje será el encargado de transmitir movimiento a la cremallera para que esta se desplace la distancia necesaria para la profundidad del surco a realizar. El cálculo de su elección se encuentra en el Anexo 1. Figura 3.3.15: Plano de la vista frontal e inferior de parte caja (L20) Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.16: Plano de la vista superior de tapa 1 y vista frontal de tapa 2 (L25) Fuente: Elaboración propia 26 Figura 3.3.18: Plano del engranaje del sistema abresurco (L33) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.19 se muestra el plano de la cremallera que forma parte del sistema abresurco, la cual también será fabricada de acero AISI4340. La cremallera será la encargada de subir o bajar los surcadores, para obtener la profundidad de siembra requerida por el agricultor. Figura 3.3.19: Plano de la cremallera del sistema abresurco (L32) Fuente: Elaboración propia En la parte A de la figura 3.3.20 se muestra el plano de la vista frontal del eje 1 para el engranaje del sistema abresurco el cual se acoplara al servomotor con un acople de modelo “servo shaft coupler” (Anexo 9.10). En la parte B de la misma figura se 27 muestra el plano de la vista lateral y superior del eje abresurco, encargado de unir la cremallera con los surcadores. Los dos ejes mencionados serán fabricados de acero SAE 1045. Figura 3.3.20: Plano de la vista frontal del eje 1 y vista lateral y superior del eje abresurcos Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.21 se muestra el plano de la unión abresurco la cual se encargara, como dice su nombre, de unir el eje abresurco con los surcadores. Sera fabricado de aluminio AA 6061 de 4.75 mm de espesor y será unida a los surcadores por medio de soldadura por arco utilizando un inserto de transición bimetálico. Figura 3.3.21: Plano de la pieza unión abresurco (L31) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.22 se muestra el plano de la unión abresurco la cual se encargara, como dice su nombre, de unir el eje abresurco con los surcadores. Sera fabricado de aluminio AA 6061 de 4.75 mm de espesor. A B 28 Figura 3.3.22: Plano de la pieza surcador Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.23 se muestra el plano de la interrupción del sistema interrupción, la cual será unida a un resorte de tracción de 2 mm de hilo, 3 cm de largo de cuerpo. 4.5 cm de largo total y 1 cm de diámetro exterior. Figura 3.3.23: Plano de la pieza interrupción Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.24 se muestra el plano del ensamble rocker–boggie, el cual integra al rocker, boggie, pivote y demás piezas. Se utilizará dos ensambles de este tipo en ambos lados, los cuales serán unidos entre si a la base del sistema, por medio de la pieza eje2 y la pieza unión lados, la cual cumple la función de un diferencial. 29 Figura 3.3.24: Plano del ensamble rocker – boggie (L4) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.25 se muestra el plano de la pieza llamada rocker o balancín llamada así debido a que brinda un movimiento libre de balanceo capaz de subir o bajar por algún obstáculo. Estará fabricada utilizando perfiles cuadrados de aluminio AA 6061 y unida a la pieza boggie por medio de un pivote. Figura 3.3.25: Plano de la pieza rocker (L36) Fuente: Elaboración propia 30 En la figura 3.3.26 se muestra el plano de la vista superior y lateral de la pieza Unión RB (A). Unirá el rocker a la pieza Unión TR encargada de acoplar las ruedas al sistema y soportar a los servomotores de dirección. También se muestra el plano de la vista frontal e inferior de la unión TR (B) que como se mencionó líneas anteriores acopla las ruedas al sistema, sostiene el servomotor de tracción y por medio de un acople se une al servomotor de dirección. Ambas piezas serán fabricadas de aluminio AA 6061 y unidas entre si por soldadura de arco. Figura 3.3.26: Planos de las piezas Unión RB y Unión TR (L37 y L38) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.27 se muestra el plano de la pieza llamada bogie, encargada de mantener las 2 ruedas que se unen a ella en la superficie del terreno y así darle estabilidad al prototipo. Será fabricada utilizando perfiles cuadrados de aluminio AA 6061 y unida a la pieza rocker por medio de un pivote. Figura 3.3.27: Plano de la pieza boggie (L39) Fuente: Elaboración propia A B 31 En la figura 3.3.28 se muestra el plano de la pieza pivote que, la cual unirá al rocker y bogie y permitirá el giro independiente de estos. También será fabricada de aluminio. Figura 3.3.28: Plano de la pieza pivote (L41) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.28 se muestra el plano de la pieza tapa servo la cual servirá para unir dos piezas Unión TR por medio de tornillos y a la vez sostener al servo. También se empernará a la barra 1 para unirse al sistema dosificador – surcado, esto permitirá sostener la base y evitar un posible balanceo. Figura 3.3.28: Plano de la pieza tapa servo (L40) Fuente: Elaboración propia 32 En la figura 3.3.29 se muestra el plano de la pieza tapa servo 2 la cual cumple la misma función que la pieza mencionada anteriormente solo que esta es colocada hacia el exterior por lo tanto no será empernada con la pieza barra 1. Figura 3.3.29: Plano de la pieza tapa servo 2 (L42) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.30 se muestra la pieza Unión PR, la cual será la encargada de unir al rocker – boggie con el sistema dosificación – surcado por medio del eje2. Será fabricada por medio de impresión 3D con material ABS. Figura 3.3.30: Plano de la pieza Unión PR Fuente: Elaboración propia 33 En la figura 3.3.31 se muestra el plano de la vista lateral y superior de la pieza Unión TR 2 (A), la cual cumple la misma función que la pieza Unión TR, mencionada anteriormente excepto que la rueda que une se encuentra en el medio de la unión rocker-boggie por lo tanto no debe girar y no posee servomotor de dirección a cual unirse. También se muestra el plano frontal y suprior de la pieza Unión Rueda la cual ira soldada a la pieza Unión TR 2 para unirse al boggie del ensamblaje. Figura 3.3.31: Planos de la vista lateral y superior de la pieza Unión TR 2 y de la vista frontal y superior de la pieza Unión Rueda (L45 y L44) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.32 se muestra el plano de la vista frontal y superior del parante 1 (A) encargado de soportar al eje2 de la estructura rocker – boggie. También se muestra el plano de la vista frontal y superior del parante 2, el cual sostendrá a la pieza unión lados (diferencial), y asi permitir que cada lado del prototipo pueda superar obstáculos independientemente. Estarán hechos de aluminio AA 6061. Figura 3.3.32: Planos de las vistas frontal y superior del parante 1 y parante 2 (L3 y L8) Fuente: Elaboración propia A B A B 34 En la figura 3.3.33 se muestra el plano de los sujetadores que ayudan a unir a los parantes con la base del prototipo, el sujetador 1 (A) une a los parantes 1 y el sujetador 2 (B) al parante 2. Estarán hechos de aluminio AA 6061. Figura 3.3.33: Planos de la vista frontal y superior del sujetador 1 y 2 (L7 y L53) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.34 se muestra el plano de la barra 1, la cual se encargara de unir al parante 2 con los ensambles rocker – boggie de cada lado, el cual permitirá sostener la base. Estará hecho de aluminio AA 6061. Figura 3.3.34: Plano de la pieza barra 1 (L10) Fuente: Elaboración propia En la figura 3.3.35 se muestra el plano de la pieza unión lados, la cual permitirá unir los rocker – boggie de cada extremo así como también permitirá el movimiento diferencial entre extremos, el cual hare que mientras un extremo sube el otro baje. Estará fabricada de aluminio AA 6061. En la figura 3.3.36 se muestra el plano de la pieza eje 2 que también une los rocker – boggie de cada extremo, dándole mayor estabilidad. A B 35 Figura 3.3.35: Plano de la vista lateral y frontal de la pieza unión lados (L9) Fuente: Elaboración propia Figura 3.3.36: Plano de la vista frontal del eje 2 (L5) Fuente: Elaboración propia 36 3.4 Diagramas esquemáticos de los circuitos del sistema mecatrónico (las páginas necesarias) 3.4.1 Arduino Mega Como se mencionó en el punto 3.2 el control central estará a cargo de la plataforma de hardware libre Arduino de modelo Mega. En la figura 3.4.1 se muestra su esquemático. Esta plataforma cuenta con 54 entradas digitales, de las cuales 13 son para señales PWM y de ellas se utilizaran 12 en total para controlar todos los servomotores. También cuenta con 4 juegos para entradas serial (Tx/Rx) desde los pines 14 a 19 y los pines 1 y 2, de los cuales se usara un juego para la comunicación con el GPS y como se mencionó anteriormente su conexión será directa. Además cuenta con 1 juego de puertos, SDA y SCL en los pines 20 y 21 respectivamente, para permitir comunicación I2C, el cual será utilizado para la comunicación con el módulo LSM303D. Para poder usar este último tipo de comunicación será necesario incluir la librería Wire al momento de iniciar la programación del Arduino. Figura 3.4.1: Esquemático Arduino mega Fuente: [11] 37 El Arduino mega está basado en el ATmega1280, el cual posee una memoria flash de 128 KB, 8 KB de SRAM y 4 KB de EEPROM. Además se le puede alimentar vía USB, pero en este proyecto como se mencionó en el punto 3.2, el Arduino será alimentado por una fuente de energía externa. 3.4.2 Circuito de alimentación En la figura 3.4.2 se muestra el esquemático para la regulación de voltaje de 7.8 V a 5 V. Se está utilizando un diseño de fuente con un transistor tipo Darlington, ya que la corriente base en el transistor de potencia puede llegar a ser grande y el chip LM317 posee un límite de 1.5A. El transistor Darlington permite una conducción muy por encima de la que permite cualquier transistor PNP de uso común. Los capacitores funcionan como filtro para eliminar cualquier perturbación que se pueda dar en el voltaje. Este diseño podría proporcionar corrientes tan altas como 10 amperios. Figura 3.4.2: Esquemático fuente con transistor tipo Darlington 5V/5A Fuente: [33] En la figura 3.4.3 se muestra el esquemático para la regulación de voltaje de 9.9V a 3V, la cual es necesaria para alimentar el módulo LSM303D y el GPS. Se realizó el diseño de una fuente lineal con el integrado LM317, debido a que nos ofrece una respuesta dinámica rápida y los elementos a alimentar no necesitan alta potencia. Figura 3.4.3: Esquemático fuente lineal 3V Fuente: Elaboración propia 38 En la figura 3.4.4 se muestra el esquemático de los componentes extras al módulo LSM303D (GPS) que contiene la tarjeta a utilizar. Este incluye el regulador de voltaje que permite a la tarjeta obtener energía de una sola fuente de alimentación 2,5 a ,5 V, aunque si solo se desea utilizar el pin 3.3 V porque ya se cuenta con una fuente reguladora como es nuestro caso, se desconecta el pin VIN. También cuenta con el circuito de nivel - shifter que permite la comunicación I²C y SPI al mismo nivel de tensión lógica como VIN. Figura 3.4.4: Esquemático de la tarjeta MinIMU Fuente: [12] En la figura 3.4.5 se muestra el esquemático total, donde se muestra como irían conectados los demás elementos al Arduino Mega. Las letras hacen referencia a las siguientes partes: A. Regulación de voltaje 9.9 V a 3V B. Regulación de voltaje 7.8 V a 5V C. Conexión del total de servomotores D. Conexión del módulo XBee E. Conexión del GPS F. Conexión del sensor MinIMU G. Conexión pantalla LCD H. Conexión teclado matricial I. Conexión Wireless proto shield 39 Figura 3.4.5: Diagrama esquemático general Fuente: Elaboración propia 40 3.5 Diagrama de flujo del programa de control 3.5.1 Diagrama de bloques ROBOT SEMBRADOR (IMU) ACELEROMETRO GIROSCOPIO MAGNETOMETR O GPS SURCADOR DOSIFICADOR Densidad de Siembra (#/hc) Profundidad de surco (cm) Kg/hc cm FILTRO KALMAN GENERAR TRAYECTORIA Xr Yr ør dX/dt r dY/dt r Dø/dt r X Y ø dX/dt dY/dt Dø/dt C O N TR O LA D O R ACTUADORES (X6) Xr Yr ør e dX/dtr dY/dtr dø/dtr e PERTURBACIONES Figura 3.5.1: Estructura de control del sistema mecatrónico Fuente: Elaboración propia En la figura 3.5.1 se muestra la estructura de control planteada para el sistema mecatrónico, en la cual se puede identificar que está compuesta por:  Dos lazos abiertos para el subsistema de dosificación y de surcado.  Un lazo cerrado para el subsistema de navegación y control, el cual consiste en la estimación de la posición y la velocidad, a través de la aplicación del filtro Kalman, y el control de la velocidad y posición, a través de la generación de error (tomando en cuenta valores de referencia) y utilizando un controlador PID 3.5.2 Diagrama de flujo A continuación se detallará en qué consiste cada etapa de la estructura de control planteada. En la figura 3.5.2 se muestra el diagrama de flujo principal del sistema mecatrónico. El sistema preguntará si se tiene la trayectoria guardada, caso afirmativo da paso al subsistema de interacción con el usuario, el cual recepcionará y validará los datos ingresados para después empezar con el control de siembra, etapa que seguirá la estructura planteada en la figura 3.5.1 y caso contrario le pedirá al usuario que debe generar primero una trayectoria. VOL_S PRF 41 Figura 3.5.2: Diagrama de flujo del control principal Fuente: Elaboración propia Generación de trayectoria Para esta etapa, la lógica que genera la trayectoria que debe seguir el robot se debe acoplar a la ubicación de la zona de siembra, para esto se plantea desarrollar un programa en el cual el usuario identifique dicha zona, con la ayuda de google maps, y la delimite con la elección de cuatro waypoints (P1, P2, P3 y P4), dentro de los cuales defina el punto inicial (P1) que vendría a ser el punto rojo indicado en la figura 3.5.3. Con esto se podrá obtener los puntos que integra la trayectoria en coordenadas geodésicas las cuales después serán transformadas al formato cartesiano. En la figura 3.5.3 se muestra la trayectoria que debe seguir el robot, donde se indica que la distancia entre surco y surco deberá ser de 80 cm y se desplazará en un área de 30 m x 30 m para así cumplir con uno de los requerimientos planeados. El punto rojo en la figura hace referencia al punto inicial y las flechas a las direcciones que debe seguir. Figura 3.5.3: Trayectoria a seguir del prototipo Fuente: Elaboración propia INICIO INGRESO Y VALIDACION DE DATOS() CONTROL SEMBRADO() FIN POSEE TRAYECTORIA GUARDADA? NO SI PRIMERO DEBE GENERAR UNA TRAYECTORIA 42 Se deberá girar el plano para ubicar el P1 (punto rojo) y el P4 en el eje X, tal y como indica la dirección del eje en la figura 3.5.4 para poder facilitar los cálculos. Al ya tener los puntos guardados en coordenadas cartesianas estos serán cambiados a coordenadas geodésicas y guardados en la memoria EEPROM del Arduino. P1 P2P3 P4 Y X Figura 3.5.4: Orden de los waypoints Fuente: Elaboración propia El formato de los datos de cada punto de la ruta contiene 2 tipos de valores (latitud y longitud), los cuales tienen un tamaño de 4 bytes cada uno, se tendrá 8 bytes por punto y tomando en cuenta los valores de memoria del Arduino mega mostrados en el capítulo 2, se eligió utilizar la memoria EEPROM la cual solo albergará datos de la ruta. Para generar la trayectoria se seguirá la siguiente lógica: 1. Unir el punto inicial P1 con el P2 y dividir la distancia en 3 m, con lo cual s e obtiene acerca de 10 puntos (i), cantidad de filas que deberá recorrer. Unir el P2 con el P3 y dividir entre 80 cm, con lo cual se obtiene la cantidad de columnas (n) que deberá recorrer. 2. El número de fila empieza siendo 0 (par), para esto se usara una variable auxiliar “nf”, lo cual indica que deberá subir; si es impar indica que debe bajar. 3. Inicia su recorrido cambiando la ubicación en la coordenada Y (hacia arriba), debido a que el ángulo entre su dirección y el eje Y es 90˚; es decir la coordenada X no cambia, solo la coordenada Y. Lo cual se hace evidente por el valor de la tangente de dicho ángulo, la cual es calculada como la posición en Yt menos la posición en Y un instante anterior Yt-1, sobre sus respectivos valores en X. 4. Una vez que indica que llegó a su último punto (entre los 10) significa que ahora ya no varía Y lo único que cambia es la coordenada X, debido a que el ángulo entre su dirección y el eje Y es 0. 5. Si ya tomó su nuevo punto inicial entonces avanza 80 cm y si el número de vueltas es impar o par sabrá si la línea que sigue es hacia abajo o hacia arriba. Para el conteo de columnas usará la variable “nc”. 6. Sabrá que finalizó su recorrido porque comparar si ya se recorrió el total de columnas que se calculó al inicio. En la figura 3.5.5 se muestra el diagrama de flujo de la lógica planteada para generar la trayectoria. 43 Figura 3.5.5: Diagrama de flujo de la generación de ruta Fuente: Elaboración propia Ingreso y validación de datos En la figura 3.5.6 se muestra el diagrama de flujo del proceso de ingreso y validación de datos, el cual mostrará un mensaje en la pantalla LCD pidiendo al usuario que primero ingrese el valor de la profundidad (cm) el cual deberá estar entre 1 a 3 cm si esto no sucede le volverá a pedir el dato al usuario y repetirá esta acción hasta que el dato de profundidad sea correcto. Después mostrará el mensaje pidiendo el dato de densidad de siembra (kg/ha), el cual también deberá estar entre 1 a 3 kg (máxima capacidad de la tolva) y si esto no sucede, al igual que la validación de profundidad, volverá a pedir el dato de entrada hasta que este sea válido. INICIO LEER 4 PUNTOS CATALOGAR PUNTOS FIN CAMBIAR A COORDENADAS CARTESIANAS GIRAR PLANO UNIR P1 Y P2 CALCULAR i UNIR P2 Y P3 CALCULAR n INIICIALIZAR nf Y nc Tanø=Yt-Yt-1/Xt-Xt-1 nf= PAR Ø= 90˚ Y= Y + 30t GUARDAR Pxy nc++ nc= 10 nf++ Ø=0 Xt=Xt-1+80 GUARDAR Pxy Y= Y - 30t GUARDAR Pxy nc++ nc= 10 nc= n nc= n 1 1 2 2 NO SI SI NO SI NO NO NO SI 44 Fuente: Elaboración propia En la figura 3.5.7 se muestra el diagrama de flujo del proceso control de sembrado que integra las tres subrutinas importantes del sistema mecatrónico, la subrutina i)surcador, encargada de realizar los surcos, la cual se ejecuta primero ya que no se puede dosificar semillas en la tierra sin que esta tenga las líneas de surcos, ii)dosificador, encargada de dosificar las semillas de quinua, y es anterior a la navegación porque la siembra debe ser continua, por lo tanto el móvil no puede desplazarse sin que antes el prototipo no haya empezado la dosificación de semillas, y por último iii) la navegación, encargada del desplazamiento del prototipo. 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