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DESARROLLO DE SISTEMA AUTÓNOMO Y PROTOTIPADO ROBÓTICO PARA FUMIGACIÓN DE CULTIVOS DE TOMATE

EDWIN ANDRÉS RODRÍGUEZ PULIDO MARTIN ESTEBAN ZABALA MENESES

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA

BOGOTÁ 2017

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DESARROLLO DE SISTEMA AUTÓNOMO Y PROTOTIPADO ROBÓTICO PARA FUMIGACIÓN DE CULTIVOS DE TOMATE

EDWIN ANDRÉS RODRÍGUEZ PULIDO MARTIN ESTEBAN ZABALA MENESES

Trabajo de Grado para optar el título de Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones

Director Ing. German Andrés Álvarez Botero, PhD.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA

BOGOTÁ D.C. 2017

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Nota de Aceptación

____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

____________________________________

____________________________________ Firma del presidente del jurado

____________________________________ Firma del jurado

____________________________________ Firma del jurado

Bogotá, 28, abril, 2017

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AGRADECIMIENTOS

Dios: Porque gracias a Él estamos culminando una nueva etapa en nuestras vidas y hacer realidad este logro. Nuestras Familias: Gracias a ellos por el apoyo y trabajo continuo, por darnos la oportunidad de estudiar y salir adelante. José Héctor Rodríguez Prada: Gracias por el apoyo desde el inicio, por la oportunidad y la confianza. Promesa cumplida. Blanca Inés Pulido Camacho: Gracias por estar siempre apoyando moramente pese a las dificultades. Infinitamente agradecido. Martin Vicente Zabala: Gracias por el apoyo incondicional sin importar el nivel de dificultad, por dedicar tiempo para ayudarnos a resolver cualquier problema que se presentara. Espero que estés orgulloso. Linda Yin Meneses: Gracias por generar toda la energía positiva en el transcurso del proyecto y generar oportunidades donde no las habíamos visto.

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CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 14

1. GENERALIDADES 15

1.1 ANTECEDENTES 15

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 1.2.1 Descripción del problema 18

1.2.2 Formulación del problema 18

1.3 OBJETIVOS 19 1.3.1 Objetivo General 19

1.3.2 Objetivos Específicos 19

1.4 JUSTIFICACIÓN 20 1.5 ALCANCES Y LIMITACIÓNES 20

1.5.1 Alcances 20 1.5.2 Limitaciones 20

1.6 MARCO REFERENCIAL 21 1.6.1 Marco conceptual. 21

1.6.1.1 Generalidades del cultivo de tomates 21

1.6.1.2 Ciclo de crecimiento de los cultivos de tomates 22

1.6.1.3 Variedades de tomates 23

1.6.1.4 Plagas en la agricultura 25

1.6.1.5 Identificación correcta de las plagas 26

1.6.1.6 Manejo integrado de plagas en el cultivo de tomates 27

1.6.1.7 Selección de insecticidas 29

1.6.2 Marco Teórico 30

1.6.2.1 Tecnología de aplicación fitosanitaria en cultivos de tomate 30

1.6.2.2 Tipo de boquillas 33

1.6.2.3 Actuadores 35

1.6.2.4 Tipos de actuadores 35

1.6.2.5 Sistema de movimiento de un robot móvil 38

1.6.2.6 Control y sensores 39

2. METODOLOGÍA 43

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3. DISEÑO METODOLÓGICO 45

3.1 CÁLCULOS Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA 45 3.2 DISEÑO DEL MECANISMO DE MOVIMIENTO 48 3.3 BOMBA E INYECTORES 51 3.4 ELECCIÓN DEL MOTOR 53 3.5 ELECCIÓN DE PIÑONES Y CADENA 54

3.6 ELECCIÓN DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS, SENSORES Y MICRO CONTROLADORES 55 3.7 ETAPA DE DISEÑO DE CONTROL 57 4. PRUEBAS Y RESULTADOS 63

4.1 RECORRIDO DEL PROTOTIPO 64 4.2 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS INYECTORES 67 4.3 CURVA DEL CONSUMO DEL QUÍMICO FUMIGADOR 68 5. CONCLUSIONES 70

6. RECOMENDACIONES 71

BIBLIOGRAFÍA 72

ANEXOS 77

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LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Descripción Botánica y Morfología del Tomate 22

Figura 2. Ciclo Fenológico del Cultivo de Tomate 23 Figura 3. Tomate Milano 24 Figura 4. Tomate Tipo Cherry 24 Figura 5. Tomate Tipo Industrial 25 Figura 6. Mosca Blanca en el Cultivo de Tomates 28

Figura 7. Afidos en el Cultivo de Tomates 28

Figura 8. Pulgones en el Cultivo de Tomates 29

Figura 9. Insecticida Electivo 30 Figura 10. Pulverizado Hidráulico 31 Figura 11. Pulverizador Neumático 32 Figura 12. Tipos de boquillas 33 Figura 13. Partes de un Actuador Neumático 35 Figura 14. Motor Hidráulico 36

Figura 15. Motor de Corriente Continua 37 Figura 16. Motor de Corriente Alterna 37 Figura 17. Motor Pasó a Paso 38

Figura 18. Desplazamiento de un Robot Móvil 38 Figura 19. Locomoción Tipo Escolopendra y Lombriz 39

Figura 20. Especificación de las Partes de un Potenciómetro 40 Figura 21. Sensor Ultrasónico 41

Figura 22. Sensor Infrarrojo 42 Figura 23. Diagrama Modulo Eléctrico y Mecánico 45 Figura 24. Medidas Máximas de la Estructura del Robot 46

Figura 25. Medidas Máximas de la Estructura del Robot (vista isométrica) 47 Figura 26. Medidas de los Soportes de la Estructura Mecánica 48

Figura 27. Estructura Mecánica Completa 48 Figura 28. Cadenas de la Estructura (vista lateral) 49 Figura 29. Movimiento Cinemático 50 Figura 30. Riel de Inyectores 52

Figura 31. Flauta con los Inyectores 52

Figura 32. Moto-Reductores DC - 24V 54

Figura 33. Platos y Cadena de Bicicleta 55 Figura 34. Diagrama de Flujo – Jerarquía de Micro Controladores 56 Figura 35. Diagrama de Flujo – Control Microcontroladores 57 Figura 36. Simulación en Proteus de Controlador de Inyectores 58 Figura 37. Puente H L298N 59

Figura 38. Implementación Puente H L298N 59 Figura 39. Driver Motor DC BTS7960 43 A 61 Figura 40. Ruta de la Plataforma Móvil 61 Figura 41. Simulación Control Central 62

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Figura 42. Placas Paralelas del Prototipo Robótico (vista isométrica) 63 Figura 43. Esquema de la Trayectoria que Recorrerá el Prototipo 64 Figura 44. Porcentaje de Error en Terreno Seco 66 Figura 45. Porcentaje de Error en Terreno Húmedo 66 Figura 46. Cantidad del Insecticida Dentro del Tanque 69

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LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Principales Plagas que Afectan al Tomate 27

Tabla 2. Técnica de Pulverización 32 Tabla 3. Equipos Manuales de Pulverización 33 Tabla 4. Pruebas en Terreno Seco 65 Tabla 5. Pruebas en Terreno Húmedo 65 Tabla 6. Pruebas del Tiempo Esperado y Real 67

Tabla 7. Cantidad del Insecticida Dentro del Tanque 68

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LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Registro fotográfico 77

Anexo B. Datasheet PIC16F887 81 Anexo C. Datasheet Driver BTS 7960 High Current PN Half Bridge 84 Anexo D. Datasheet Sensor Ultrasonido 89 Anexo E. Datashhet Puente H L298N 94 Anexo F. Programa Inyectores 94

Anexo G. Programa señal PWM Motores 96

Anexo H. Programa Controlador Central 98 Anexo I. Simulacion Señales PWM Motores 101 Anexo J. PCB PWM Motores 102 Anexo K. PCB PWM Inyectores 103 Anexo L. Manual de Usuario 104 Anexo M. Precios de Materiales de Fabricación 105

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GLOSARIO

AUTOMATIZACIÓN: “la automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos”1. FITOSANITARIO: “perteneciente o relativo a la prevención y curación de las enfermedades de las plantas”2. HORTALIZA: “las hortalizas son aquellas verduras y demás plantaciones comestibles que se cultivan generalmente en huertas y que mayormente se las consume como alimentos, ya sea de manera cruda o bien cocinada”3. PESTICIDA: “pesticida es un adjetivo que se utiliza para nombrar a aquello que permite batallar contra una plaga’’4. PLAGA: “se conoce como plaga a la irrupción súbita y multitudinaria de insectos, animales u otros organismos de una misma especie que provoca diversos tipos de prejuicios’’5.

1 UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO. ¿Qué es un sistema automatizado? [en línea]. Bizkaia: La Universidad [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica /WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm> 2 BOLETÍN AGRARIO. Fitosanitario [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://boletinagrario.com/ap-6,fitosanitario,960.html> 3 DEFINICIÓN ABC. Hortalizas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.definicionabc.com/salud/hortalizas.php> 4 PÉREZ, Julián y MERINO, María. Definición de pesticida [en línea]. Bogotá: Definición de [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://definicion.de/pesticida/> 5 PÉREZ, Julián y MERINO, María. Definición de plaga[en línea]. Bogotá: Definición de [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://definicion.de/plaga/>

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RESUMEN

Este documento contiene el diseño y fabricación de una plataforma robótica orientada específicamente para cultivos de tomates tipo “Cherry”. Su programación se realiza en el lenguaje de programación C++ para micro controladores (PIC); teniendo como periféricos dos sensores infrarrojos y como actuadores dos motor-reductores, una motobomba e inyectores. Las variables a tomar en cuenta son la edad y las dimensiones del siembro ya que son directamente proporcional a la autonomía eléctrica del recorrido; con ello se garantiza la dosificación correcta y regulación de energía utilizada por parte de las baterías. Como resultado se logró una maquina versátil capaz de dosificar el herbicida de manera óptima en diferentes siembras de tomate.

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INTRODUCCIÓN El tomate es una hortaliza muy importante por su alta calidad nutricional y masiva producción en el país. Actualmente, Colombia ocupa el puesto 34 en producción a nivel mundial, ya que estos cultivos se desarrollan correctamente por las características geográficas de la región. Durante las épocas cálidas las plagas (araña roja, el pulgón, gusanos de suelos y otros) suelen atacar a la hoja del fruto, afectando directamente su crecimiento y por lo tanto causa escases baja calidad del producto, generando pérdidas económicas al agricultor. El agricultor opta por el uso de insecticidas para combatir las plagas en su cultivo, ya que la aplicación directa del químico es la forma más efectiva de eliminar completamente los intrusos del fruto. Se debe tener en cuenta la cantidad y el tipo de agroquímico a utilizar puesto que es altamente peligroso para la salud del agricultor y una mala concentración en el líquido de la fumigación de la planta puede ocasionar que se pierda. El uso de un traje especial, es comúnmente la forma más utilizada para la protección en el contacto directo con el fumigador, sin embargo el empleo de esta vestimenta ralentiza el proceso de fumigar en el cultivo debido a la dificultad de movimiento por el operador, asimismo este atuendo conlleva el riesgo de exposición en el momento de fumigar la hortaliza. Con la intención de evitar el daño en la fruta y enfermedades en las personas por parte de este químico, la agricultura de precisión tiene diferentes aplicaciones que evitan el contacto de la mano de obra en este tipo de labor en la aplicación del insecticida, además genera mayor exactitud y control en la cantidad de la aspersión del químico, por esa razón la rama de ingeniería electrónica y telecomunicaciones ha mejorado la gestión de los cultivos, su funcionalidad mecánica e instrumental con el fin de ser una alternativa en el campo de la agricultura. Gracias a la rama de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones muchos cultivos mejoran su producción por la efectividad que trae automatizar un cultivo para incrementar la velocidad en la producción, recolección, fumigación, etc. Un control mecánico en cualquier tipo de hortaliza genera ahorros y mayores ingresos al agricultor, sin embargo en pequeños cultivos las personas no cuentan con los recursos necesarios para adquirir estos dispositivos, por lo que el contacto directo y empleo de insecticidas los vuelve más propensos a sufrir enfermedades. Esto conlleva a proponer una solución automatizada económicamente accesible y de funciones de dosificación automática que facilite el uso de técnicas de fumigación en un cultivo de tomates.

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1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES En los últimos años la demanda en la producción de tomate se ha incrementado a causa del rendimiento en la expansión de la superficie cultivada, este fruto es muy importante a nivel nutricional debido a que está compuesto por sustancias antioxidantes (licopeno, betacaroteno) y vitaminas (C Y A). Según el Plan Hortícola Nacional, “el país cosecha anualmente 242.000 toneladas de tomate en un área de 8.700 hectáreas”6. Lo que significa que existe una estructura productiva con base en los diferentes procesos aplicados, tanto a nivel agronómico como tecnológico. “La planta de tomate inicia su crecimiento a partir de un tallo principal, formando entre 5 y 10 hojas antes de producir el primer racimo floral. Luego, comienzan a diferenciarse dos hábitos de crecimiento indeterminado y el crecimiento determinado”7. En el caso de crecimiento indeterminado el periodo de recolecta comienza a partir de 3 meses después de la implantación de la semilla. En esta etapa es más susceptible al ataque de plagas y enfermedades. Debido a la problemática que causan estos intrusos en el cultivo, es necesario un control de la calidad fitosanitaria a fin de implementar estrategias biológicas, químicas y mecánicas. “Para adoptar estas medidas con la planificación adecuada se hace indispensable el conocimiento de características de especies perjudiciales de cada zona de cultivo, entre las que se incluyen aspectos morfológicos (formas adultas y estados inmaduros) y biológicos (daño, monitoreo y manejo)”8. El control fitosanitario propone un plan para combatir las plagas que más afectan al tomate como lo son: insectos (pulgones, mosca blanca y paratrioza) y ácaros (blanco y rojo), pero el método más adecuado para eliminar completamente este tipo de intrusos es una mezcla insecticidas para el cultivo. Normalmente los químicos son muy potentes con un alto riesgo de exposición al usuario, por esa razón los distribuidores de los pulverizadores de cultivos emplean dispositivos funcionales con los últimos avances electrónicos para la fumigación de las hortalizas. Esas mejoras hacen más seguro y eficaz el efecto del roció en los cultivos y protege a los trabajadores de cualquier forma de exponerse.

6 ASOCIACIÓN DE HORTICULTORES DE COLOMBIA. Plan Hortícola Nacional. Bogotá: ASOHOFRUCOL, 2010. p. 46-56 7 ESCOBAR, Hugo y LEE, Rebecca. Manual de producción de tomate bajo invernadero. Bogotá: Fundación Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, 2009. p. 18 8 PRODUCTORES DE HORTALIZAS. Plagas y enfermedades del tomate. En: Guía identificación y manejo. Marzo – abril, 2006. p. 3

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Los dispositivos distribuyen el insecticida a través de aspersores verticales puesto que genera menos gastos y cubre una zona amplia. En un estudio realizado en la Universidad de Córdoba, España, “la velocidad de la aspersión no siempre implica una gran cobertura en la hortaliza, ya que en pruebas de dos tipos de pulverizadores mostraron velocidades bajas de aire pero una distribución mucho más uniforme”9.

Los modos de propagar el fumigador como la velocidad y la dirección son muy importantes para reducir los costos. Asimismo los dispositivos reducen el exceso del fumigador que se aplica en los cultivos. Para ello se han innovado muchos dispersores que tengan esta habilidad, como en la investigación “selective spraying of grapevines for disease control using a modular agricultural robot”10, la cual se diseña un dispositivo ideal para la distribución de aerosol de pesticida con un flujo de aire adecuado para cubrir partes de terreno lo más exacto posible demostrando que con un tamaño de la boquilla de 100 mm a 200 mm es muy productivo. Este efecto disminuye el gasto innecesario de plaguicidas en las plantaciones de tomate, puesto que su objetivo principal es mejorar el rendimiento en la producción. A pesar de las ventajas el costo de implementación es alto para los pequeños cultivos, por lo tanto los operadores frecuentan enfermedades por la exposición del químico. “los plaguicidas pueden ingresar al cuerpo humano por varias vías: por ingestión (vía oral), por inhalación (por la nariz), y por contacto con la piel (vía dérmica) y los ojos”11. Los agricultores en pequeños cultivos frecuentemente utilizan medidas preventivas para evitar el contacto con el agroquímico que se aplica en los cultivos, como una vestimenta que protege al operador del fumigador, pero no es completamente efectiva y hace el periodo de distribución del líquido más duradero. En Colombia se implementan pequeñas maquinas en los cultivos para tratar tareas básicas como la recolección y fumigación del tomate. Cada vez más la agricultura de precisión tiene una solución para este tipo de problemas, debido a que el resultado de la intensificación, mecanización y automatización ha aumentado significativamente la producción en hortalizas. En la recolección de tomates, se utilizan vehículos inteligentes comúnmente tele- operados por el usuario, ya que funciona a través de un sistema de radio con la cual puede supervisar todo tipo de tareas agrícolas, además existen prototipos inteligentes autónomos que se caracterizan por su capacidad de moverse con el

9 LLOP, Jord; GIL, Emilio; LLORENS, Jordi; GALLART, Montserrat y BALSARI, Paolo. Influence of air-assistance on spray application for tomato plants in greenhouses. En: Crop Protection. Diciembre, 2015. vol. 78, p. 294. 10 OBERTI, Roberto; MARCHI, Massimo; Tirelli, Paolo; CALCANTE, Aldo; IRITI, Marcello; TONA, Emanuele; CEVAR, Aarko; BAUR, Joerg; PFAFF, Julián; SCHUTZ, Christoph y ULBRICH, Heinz. Selective spraying of grapevines for disel control using a modular agricultural robot. En: Robotic Agriculture. Enero – marzo, 2016. vol. 146, p. 203. 11 JARAMILLO, Jorge; RODRÍGUEZ, Viviana; GUZMÁN, Myriam; ZAPATA, Miguel y RENGIFO, Teresita. Producción de tomate bajo condiciones protegidas. Bogotá: Buenas Prácticas Agrícolas (BPA), 2007. p. 274

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objetivo de realizar trabajos independientes. Para reducir costos en la implementación autónoma de tareas pequeñas, es necesario hacer una investigación del lugar a trabajar y una elección lo menos sustancial en los materiales de la máquina, como el estudio que llevo a cabo en el “Departament of Engineering, University of Almeria, Almeria, Spain” 12, la cual resume que un sistema semiautónomo es el más adecuado para implementar en cultivos de pequeña producción donde la maquinaria industrial de fumigación resulta inadecuada. Como se ha mencionado en los anteriores párrafos la automatización en cultivos soluciona problemas de todo tipo agroeconómico, incluso es una solución a largo plazo, en el “Institute of Agricultural Engineering, Agricultural Research Organization, The Volcani Center, Bet-Dagan, Israel”13, investiga las ventajas que supondría la implementación de un sistema semiautónomo en los procesos agrícolas las cuales se puede resaltar la mitigación de los problemas de largo plazo, como la vejez de mano de obra y la escases de agricultores. Uno de los desafíos actuales en la agricultura de precisión es la navegación autónoma en cualquier tipo de cultivos, debido a las particularidades de cada terreno; lo que presenta un problema abierto de investigación, especialmente en lo referente a la carga computacional. Así mismo, el “Instituto de Automática, Universidad Nacional de San Juan, Buenos Aires, Argentina”14, su investigación sugiere a la hora de realizar tareas que requieren alta velocidad y tareas de transporte, es importante considerar la dinámica del robot, ya que entre un objetivo más específico se podrá desarrollar una aplicación menos compleja, lo que incrementara la efectividad del robot. En consecuencia con dispositivos autónomos, el articulo (Navegación Autónoma de robots en agricultura: un modelo de agentes) menciona el siguiente apartado: “los requisitos para el funcionamiento seguro y eficaz son mucho más exigentes cuando se trata de navegación sin conductor, que en el caso de sistemas de ayuda al guiado de un vehículo, ya que este último caso es el operario quien resuelve las situaciones imprevistas críticas”15. Otro reto no menos importante, asociado a las particularidades del terreno, se encuentra en el adecuado diseño de los circuitos de potencia. Este debe considerar, los posibles imprevistos, la topografía del cultivo, el peso del robot en sí mismo,

12 GAZQUEZ, José; CASTELLANO, Nuria y MANZANO, Francisco. Intelligent low cost tele control system for agricultural vehicles in harmful environments. En: Journal of Cleaner Production. Noviembre – Diciembre, 2016. vol. 113, p. 205 13 BECHAR, Avital y VIGNEAULT, Clement. Agricultural robots for field operations: Concepts and components. En: Biosystems Engineering. Febrero – marzo, 2015. vol. 149, p. 94. 14 ROSALES, Andrés; SCAGLIA, Gustavo; MUT, Vicente y DI SCIACIO, Fernando. Navegación de robots móviles en entornos no estructurados utilizando algebra lineal. Buenos Aires: Instituto de Automática, Universidad Nacional de San juan, 2009. p. 2. 15 PÉREZ GARCÍA, Lia. Navegación Autónoma de robots en agricultura: un modelo de agentes. Madrid: Universidad Complutense de Madrid. Facultad de Ciencias Físicas. Modalidad Trabajo de grado Doctor, 2003. p. 18

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entre otros. Lo anterior exige técnicas de control adecuadas que permitan optimizar el consumo de energía del sistema. La mejor manera de obtener una mayor eficiencia en el manejo del peso y del arranque de la estructura depende de la configuración de los motores, en ese sentido, el articulo “Diseño e Implementación de un Robot Móvil Autónomo y Tele operado Para Labores Agrícolas”16 propone una técnica de control en los motores de baja potencia, para que no sea necesario controlar el arranque si no su velocidad de funcionamiento, mediante el uso de ancho de pulsos configurados digitalmente en el controlador, lo que generara un manejo más eficaz en la potencia y arranque del robot. En base a una configuración precisa de potencia en los motores ahora se busca una adecuada elección de la efectividad de materiales y un manejo eficaz autónomo, como sugiere el artículo “Trakur: el robot que elimina plagas”17. Un robot semiautónomo tiene menor gasto, es más funcional en micro terrenos, control de plagas y considera las variables de aplicación en la dosis exacta. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 Descripción del problema. En la actualidad existen modos de fumigación tradicionales en cultivos de tomate como lo es del tanque y pluma, consiste en caminar por cada surco del siembro esparciendo el agroquímico por medio de un sistema mecánico. El agricultor en el momento de hacer la mescla del herbicida utiliza la técnica del tanteo, el cual tiene un porcentaje alto de intoxicación al cultivo por sobredosis. La tecnificación del sistema de riego de químicos a la hora de combatir una maleza, es una opción de alto impacto social, puesto que reduce los tiempos que pueden ser utilizados en otras tareas del campo, como también la posible intoxicación o adquisición de enfermedades a largo plazo por los manejos indiscriminados de agroquímicos. 1.2.2 Formulación del problema. ¿Una plataforma robótica suple la necesidad encontrada en la dosificación de químicos sobre el cultivo y protege la salud del que lo aplica? ¿Cuál es la manera más eficiente de aspersión del agroquímico para obtener una dosificación apropiada sobre la plantación?

16 LEÓN VÁSQUEZ, Iván Andrés. Diseño e implementación de un robot móvil autónomo y tele operado para labores agrícolas. Fase 1: Fumigación para plantaciones de rosas. Sangolqui: Escuela Politécnica del Ejercito. Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Modalidad trabajo de grado, 2013. p. 4 17 HIDROPONIA. Trakur, El robot que aniquila plagas [en línea]. México: La Empresa [citado 15 febrero, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://hidroponia.mx/takur-robot-que-aniquila-plagas/>

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1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General. Diseñar una plataforma robótica para fumigación en cultivos de tomate. 1.3.2 Objetivos Específicos Identificar las necesidades de fumigación con relación a las etapas de crecimiento. Determinar las características de diseño de la plataforma móvil. Construir un prototipo funcional con navegación y fumigación semiautónoma.

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1.4 JUSTIFICACIÓN Los modos de fumigación tradicionales son costosos y operan con un uso indiscriminado de agroquímicos a los cultivos; con ello contaminan los suelos, los frutos de las plantas y atentan contra la salud del que los aplica. Este proyecto busca proteger al agricultor y al cultivo, utilizando una plataforma móvil capaz de suministrar el herbicida básico a la planta sin necesidad de tener un operario cerca. El método ayudara a evitar contraer enfermedades por la manipulación directa con los químicos a la hora de aplicarlos, o también por intoxicación del fruto por exceso de herbicidas, dañando la salud del consumidor a largo plazo. Ahorra tiempo y mano de obra utilizada en la labor, ayudando al sector agrario a ser más productivo. 1.5 ALCANCES Y LIMITACIÓNES 1.5.1 Alcances

El prototipo se desarrolla en la Universidad Católica de Colombia, donde se construyó el dispositivo en los laboratorios, asimismo se realizaron las primeras pruebas del control del fumigador, luego, se llevó el dispositivo al campo de cultivo de tomates en Cundinamarca.

La construcción del dispositivo tomo alrededor de 4 meses tanto el aspecto físico como el planteamiento del control lógico, gracias a esto se dedicaron las 3 semanas faltantes a pruebas de terreno y corrección de errores.

Se estudiaron las diferentes técnicas en la fumigación del cultivo y como aplicarlas, asimismo las desventajas que conlleva la aplicación. Gracias a este análisis se pudo diseñar un control para un robot móvil que realice este tipo de labores.

1.5.2. Limitaciones

Las pruebas de la estructura en el cultivo de tomates se verán afectadas por la movilidad que conlleva en el transporte de la Universidad Católica de Colombia al terreno ubicado en Zipaquirá, Cundinamarca.

El poco tiempo que se da para tener listo el dispositivo dificulta la corrección de errores mecánicos en la estructura y la revisión de los diferentes aspectos electrónicos del robot.

Una gran limitación es respecto a la fuente de voltaje de la estructura ya que tiene que ser recargada cada vez que cumple su ciclo actual.

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1.6 MARCO REFERENCIAL El siguiente marco de referencia, recopila la información más relevante sobre los conceptos que influyan en la implementación del robot fumigador autónomo: crecimiento del cultivo de tomates, clases de plagas que más afecten a la planta, el tipo de químico para la fumigación, material para el diseño mecánico, sensores y micro controladores, sistema de control para el movimiento del prototipo y los diferentes dispositivos electrónicos que se utilizaran. 1.6.1 Marco conceptual. 1.6.1.1 Generalidades del cultivo de tomates. ‘’Para el año 2013 en Colombia se produjeron de 412.351,2 ton, siendo Norte de Santander el principal departamento productor con 119.787 (t, toneladas)18 , seguido por Antioquia con 47.110 ton, Boyacá con 46.638 ton, Santander con 42.924 (t) y Cundinamarca con 26.851 (t) ’’19. Se debe la gran producción a la fertilidad y calidad del suelo colombiano, ya que es rico en nutrientes y son sencillos de cultivar. Comúnmente es una hortaliza de clima calidad y susceptible a heladas, debido a esto crece entre temperaturas 20 °C a 25°C en el día y de 15 °C a 20 °C en la noche. Gracias a estas características su cultivo es fructífero, aunque requiere riego de agua contaste, ya que la falta de esta influye negativamente en su desarrollo. Su crecimiento es de forma ascendente, semirrecta o en ocasiones erecto. Suelen crecer de forma determinada o indeterminada. En la forma determinada su crecimiento llega hasta un punto limitado, de tipo arbustivo y un periodo relativamente corto, al contrario del indeterminado presentan aumento de las hojas laterales y crece continuamente. Usualmente alcanzan alturas hasta de 5 metros y requieren sistemas de soporte que puedan mantener erecta la planta. La mayoría de los cultivos de tomate tienen crecimiento determinado y comienzan un poco antes que las plantas de altura indeterminada, pero la duración del periodo de cosecha es corta y el ciclo de cosecha puede durar incluso 4 meses. A continuación se muestra la fisiología de la planta nos ayuda a entender las prácticas que inciden en la productividad del cultivo (véase la Figura 1).

18 De ahora en adelante los autores denominaran (t) como toneladas. 19 CÁMARA DE COMERCIO DE BOGOTÁ. Programa de apoyo y agroindustrial vicepresidencia de fortalecimiento empresarial. Bogotá: Cámara de Comercio, 2015. p.10

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Figura 1. Descripción Botánica y Morfología del Tomate

Fuente. CÁMARA DE COMERCIO DE BOGOTÁ. Programa de apoyo y agroindustrial vicepresidencia de fortalecimiento empresarial. Bogotá: Cámara de Comercio, 2015. p.12 1.6.1.2 Ciclo de crecimiento de los cultivos de tomates. El cultivo de tomates presenta diferentes etapas en su crecimiento las cuales dependen tanto de agua y el nutriente que desarrolla la planta. Es muy importante identificar la forma en que crece el tomate que se quiere cultivar, por una parte, existe las plantas que crecen de forma abierta, en efecto maduran tempranamente, tienen hojas pequeñas y los frutos pequeños. Estas se adaptan en lugares más fríos y con temperatura controlada como lo son los invernaderos. Asimismo, el crecimiento compacto se caracteriza por exceso vegetativo y frutas grandes que se dan en temperaturas normales (véase la Figura 2). Establecimiento de la planta. La planta germina de cuatro a siete días después introducir la semilla. Su raíz se desarrolla hasta tener una altura considerable. Crecimiento vegetativo. En esta etapa la planta se despliega rápidamente creciendo y formando su fruto, ya al cabo de 70 días disminuye su crecimiento y se acumula las hojas secas en los tallos. Floración y cuaja. Empieza entre 20 y 40 días después de introducir la semilla dependiendo de las condiciones ambientales que se presenten, y continuando

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durante el ciclo de crecimiento se forma la cuaja por medio de abejas apoyadas por el viento y las aplicaciones de hormonas. Desarrollo del fruto. El tomate crece acumulando nutrientes y materia seca a un ritmo relativamente estable. Madurez y cosecha. Este es un periodo que dura entre 80 y 120 días después del trasplante. La cosecha es relativamente larga a menos que se presenten climas fríos o que suba el precio del tomate. Figura 2. Ciclo Fenológico del Cultivo de Tomate

Fuente. CÁMARA DE COMERCIO DE BOGOTÁ. Programa de apoyo y agroindustrial vicepresidencia de fortalecimiento empresarial. Bogotá: Cámara de Comercio, 2015. p.14 1.6.1.3 Variedades de tomates. Las variedades de tomates se clasifican según su tipo de crecimiento como lo es: Determinado. Son arbustos con crecimiento prematuro y con producción de frutos en corto tiempo. Indeterminado. Su crecimiento es continuo y de periodos largos. Los tomates con los que se trabajaran en el proyecto son los siguientes: Tomate milano. Es una de las plantas que más grande crecen de forma achatada o semi-achatada. El peso normalmente llega a hacer de 200 g a 500 g, tiene un mayor valor comercial que los demás, debido a la facilidad de crecimiento en

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ambientes óptimos. Es susceptible a enfermedades y a muchas plagas (véase la Figura 3).

Figura 3. Tomate Milano

Fuente. SEMILLAS ARROYAVE. Productos y temas resaltados [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.semillasarroyave.com/> Tomate tipo cherry. Son de crecimiento indeterminado, sus frutos pueden alcanzar un diámetro de 18 mm a 30 mm con un peso de 10 g, se agrupan en ramilletes hasta 50 frutos. Es muy sensible a los cambios de temperatura. A continuación se puede ver un ejemplo del tomate tipo “cherry” (véase la Figura 4). Figura 4. Tomate Tipo Cherry

Fuente. SALUD VIDA Y BIENESTAR. Variedades de tomate tipo cherry [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.vitadelia.com/variedades-de-tomate-cherry/> Tomate tipo industrial. Es abundante en la industria agroeconómica, se caracterizan por tener una mayor cantidad de solidos solubles que lo hacen

http://www.semillasarroyave.com/

http://www.vitadelia.com/variedades-de-tomate-cherry/

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agradables en su procesamiento. Es el tipo de tomate más notable en Cundinamarca, tiene un color rojo como se muestra a continuación (véase la Figura 5). Figura 5. Tomate Tipo Industrial

Fuente. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS. INIA Raihuen presento modelo de alerta temprana para control de hongo en tomate industrial [en línea]. Bogotá: El Instituto [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.inia.cl/blog/2016/10/11/inia-raihuen-presento-modelo-de-alerta-tempra na-para-control-de-hongo-en-tomate-industrial/> 1.6.1.4 Plagas en la agricultura. Es lo que se refiere a cualquier animal, planta o microorganismo que tenga un efecto negativo en la producción agrícola. Generalmente en un cultivo prospero de alimentos tendrá una mayor concentración de enfermedades o varios tipos de intrusos. Debido a esto se crean soluciones inteligentes para el manejo de las plagas. Las enfermedades más conocidas en el campo abierto usualmente causan daños económicos en un rango de 5 a 90 % dependiendo del tipo de la enfermedad o la variedad del tomate. La mayoría de enfermedades que atacan a un cultivo se adhieren en las plantas y en algunos insectos para poder sobrevivir, generalmente este tipo de plaga se concentra en las orillas de la zona o puede llegar a estar dispersa en varios tipos de la hortaliza. La transmisión de esta enfermedad puede propagarse por una simple hoja seca o algún objeto infectado ya que rara vez algún insecto lo transmite. Durante años se consideraba cualquier tipo de plaga asociada a un cultivo como una relación alimenticia y de hospedaje vegetal, sin considerar el grado a que están asociadas al producto agrícola, como consecuencia muchas especies fueron asociadas a esta clase, sin saber que eran insuficientes para ser tomadas en cuenta como un daño a los cultivos. Por lo tanto se recurre al Manejo Integrado de Plagas (M.I.P), el cual es una forma de reconocer las plagas que causan un daño significativo y que disminuya el impacto económico que causan en los huertos.

http://www.inia.cl/blog/2016/10/11/inia-raihuen-presento-modelo-de-alerta-temprana-para-control-de-hongo-en-tomate-industrial/


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Manejo integrado de plagas y enfermedades. El manejo integrado es una forma de estudiar los diferentes tipos de plagas como lo son: los insectos, ácaros y otros artrópodos, nematodos, patógenos, microbianos y virales, malezas y algunos vertebrados. Es muy importante conocer el nombre de la plaga, la forma en que se propaga, para poder tener una idea de cómo reducirla de modo seguro y económico. Se han implementado diferentes herramientas apropiadas para tener un índice bajo en el incremento de los intrusos en los cultivos. El M.I.P propone herramientas para facilitar la toma de decisiones en el tema de las enfermedades de los cultivos. Aunque estos acercamientos tienen un gran potencial en la agricultura y es una forma de combatir muchas plagas en grandes cultivos, en Colombia no se ha dedicado al estudio científico sobre esta situación el cual podría conllevar grandes beneficios. Usualmente ocurren varios tipos de problemas en el control de las plagas como lo son: Resistencia. Ocurre cuando el veneno en la fumigación no liquidan completamente las plagas, ya que el abuso en la cantidad y en el tiempo que se utiliza hacen que la plaga se adapte al tipo de químico y lo eliminen de su cuerpo Resurgencia. Se refiere al incremento de las plagas después de aplicar el químico en la hortaliza, debido a que los químicos venenosos no solo matan a los intrusos sino a sus enemigos naturales y como consecuencia aumentan en masa. Habitualmente para tratar la resistencia de las plagas al químico se debe utilizar con poca frecuencia la fumigación y que sea de menos duración a fin de evitar el desarrollo de la plaga. A sí mismo la revisión constante del cultivo reducirá el aumento de los intrusos para detectar rápidamente su dureza, por lo tanto se sabrá si la mezcla del insecticida es eficaz. 1.6.1.5 Identificación correcta de las plagas. El monitoreo es un paso importante en el momento de identificar un posible huésped indeseado, pues nos permite conocer el nivel de cualquier tipo de plaga o enfermedad que afectan al cultivo, con un estudio se identificara a tiempo si es una amenaza directa o potencial . La forma de monitoreo que suelen utilizar los productores son las inspecciones cuantitativas, estas definen el espacio y el tiempo de forma numérica para predecir el daño económico. La correcta identificación es en busca de información en base a nombres e imágenes pueden dar una idea de cómo tratar determinada plaga. El estudio es muy importante ya que informara al agricultor el momento oportuno para tomar una maniobra que proteja sus costos en la producción. Las técnicas de monitoreo se relaciona estrictamente con el tipo de cultivo y de sus plagas, una de ellas es un

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recuento visual, en la cual se identifican los insectos más grandes y que tienen mayor movilidad en la superficie de la planta, debido a esto se determina el número de insectos o por plantas enfermas. Una manera eficaz es el uso de trampas y sirven de manera óptima bajo estas condiciones: Los insectos se desplacen constantemente. Tener feromonas que sean atractivas para la plaga. De este modo se puede estudiar el tipo de plaga que más abunda y recurrir a una posible solución. Comúnmente se utilizan para polillas y mosquitos ya que se consideran como un peligro para los cultivos. 1.6.1.6 Manejo integrado de plagas en el cultivo de tomates. Para identificar una enfermedad o una plaga en un cultivo de tomates se debe conocer sus diferentes características, formas y como se desenvuelven en la hortaliza (véase el tabla 1). Tabla 1. Principales Plagas que Afectan al Tomate

Principales Plagas que afectan al Tomate Chupadores Aficios/pulgones

Mosca blanca paratrioza Trips

Acaro Blanco Araña Roja

Masticadores Orugas Gusanos

Minadores Minador de la hoja Nematodo de la raíz

Fuente. Autores A continuación se explicaran las más comunes en los cultivos de tomate: Mosca Blanca. Se caracterizan por tener cuatro alas y medir alrededor de 1.5 mm de largo. La mosca blanca se alimenta del tejido de las hojas lo cual atrasa el crecimiento de la planta causando que se vuelvan amarillas y marchitas (véase la Figura 6).

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Figura 6. Mosca Blanca en el Cultivo de Tomates

Fuente. AGRO HUERTO. Tomate: Plagas y Enfermedades [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://www.agro huerto.com/tomate-plagas-y-enfermedades-comunes/> Afidos. Tiene forma de pera y su cuerpo es muy flexible, miden 2mm de largo y de color verde pálido. Se alimenta de savia de la hoja lo que causa que se marchiten. Los afidos se extienden de forma rápida (véase la Figura 7). Figura 7. Afidos en el Cultivo de Tomates

Fuente. CONTACTO RURAL. Control Biológico de Pulgones en Pimiento Bajo Cobertura [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://contactorural.wordpress.com/2012/07/11/control-biologico-de-pulgones-en-pimiento-bajo-cobertura/> Paratrioza. Conocido como pulgón saltador, su tamaño es relativamente pequeño, llega a medir 2 mm. Transmite una enfermedad llamada fitoplasmosis que llega a causar un daño hasta del 60% en el rendimiento del cultivo (véase la Figura 8).

https://contactorural.wordpress.com/2012/07/11/control-biologico-de-pulgones-en-pimiento-bajo-cobertura/


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Figura 8. Pulgones en el Cultivo de Tomates

Fuente. CULTIVO DEL TOMATE. Pulgones en los tomates [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://cultivodeltomate.es/pulgones-tomates> 1.6.1.7 Selección de insecticidas. El uso de insecticidas se efectúa generalmente en situaciones donde el control de las plagas sobrepasa el umbral económico. Sin ello conlleva le deterioro en los cultivos suponiendo perdidas en la producción, los productos químicos tienen un efecto inmediato en la eliminación de plagas sin el incremento de mano de obra. Sin embargo, los productos químicos utilizados son un problema en la salud de las personas y en ocasiones por el exceso perjudícales para el consumidor. El uso de insecticidas electivos es una forma de combatir las plagas sin afectar a sus enemigos naturales. Lo importante es utilizar productos químicos que tengan un nivel de toxicidad mínimo y más efectividad, debido a esto los cuidados más importantes a la hora de manejar son: Seguir las debidas instrucciones. Tener un traje especial (guantes, mascarilla y gafas) para la preparación y fumigación. Desinfectarse las manos luego de seguir el protocolo. Incluso siguiendo cada normativa el contacto puede llegar a tener altas probabilidades de afectar e incluso provocar alguna enfermedad al operador. Existen muchos tipos de insecticidas el más común es el “ATRAZIN 50” (véase la Figura 9).

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Figura 9. Insecticida Electivo

Fuente. ALBIZ. Herbicida electivo [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://www.jica.go.jp/project/panama /0603268/materials/pdf/04_manual/manual_04.pdf> El tomate es muy vulnerable a las enfermedades y plagas. “Sobre todo las enfermedades por virus y organismos del suelo le afectan seriamente. Además, los insectos atacan varias partes de la planta, y transmiten el virus. En consecuencia, los productores de tomate se ven obligados a dedicar mucho tiempo y labor para mantener la sanidad de este cultivo. El Tomate es indispensable como producto alimentario y tiene alto valor nutritivo”20. Las plagas comunes se pueden controlar con una mezcla sistémica como acefato. El químico de piretroide tiene un efecto letal sobre la mosca blanca, pulgón y chinche y su duración es relativamente larga. 1.6.2 Marco Teórico 1.6.2.1 Tecnología de aplicación fitosanitaria en cultivos de tomate. Los productos fitosanitarios se aplican de forma líquida por medio de la pulverización. Pulverizador hidráulico. Se realiza por medio de la presión del líquido, gracias a una bomba (mecánica o manual).Según el tipo de boquilla que se utiliza se logra conseguir gotas de diferente tamaño en la etapa del cultivo que requiera.

20 PANAMÁ. MINISTERIO DE DESARROLLO AGROPECUARIO. Guía del Manejo Integrado de Plagas (MIP) para técnicos y productores. Proyecto para el mejoramiento del consumo y la disponibilidad de alimentos de comunidades de la provincia de Veraguas. Ciudad de Panamá: El Ministerio, 2010. p.22

https://www.jica.go.jp/project/panama/0603268/materials/pdf/04_manual/manual_04.pdf


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Las limitaciones se dan cuando las gotas no son tiene suficiente presión para traspasar una gran masa vegetal, ya que depende de la fuerza en la presión que se ejerce. Un ejemplo de un sistema automatizado se puede ver a continuación (véase la Figura 10). Figura 10. Pulverizado Hidráulico

Fuente. INTERPRESAS. Pulverizador hidráulico de barras: dotado de una bomba centrifuga biturbina [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://www.interempresas.net/Agricola/FeriaVirtual/ Producto-Pulverizador-hidraulico-de-barras-Berthoud-Tenor-34499.html> Pulverizador neumático. El líquido es impulsado a través de una bomba de baja presión o por simple gravedad por un dispositivo que circula aire a gran velocidad impulsado por un ventilador. Se utilizan para zonas de difícil penetración del fumigador o para aplicarlo a largo alcance. Es usualmente el que utilizan los operadores (véase la Figura 11). Existen muchas maneras de aplicar el fumigador con diferentes procesos, transportes o tamaños (véase la tabla 2).

https://www.interempresas.net/Agricola/FeriaVirtual/Producto-Pulverizador-hidraulico-de-barras-Berthoud-Tenor-34499.html


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Figura 11. Pulverizador Neumático

Fuente. DESPOSITPHOTOS. Pulverizador neumático de plaguicidas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://mx.depositphotos.com/25934575/stock-photo-pneumatic-pesticide-sprayer. html> Tabla 2. Técnica de Pulverización

Técnica de Pulverización

Fundamento Transporte Tamaño medio de las Gotas

Altura de Aplicación

Cultivos Tratamientos

Hidráulica Presión Tractor o Manual

150-500 Llovizna - Lluvia

Bajos Tractor: Herbicidas e

insecticidas en cultivos de porte bajo.

Manual: jardines, Arboles,

Exterior e invernaderos

Neumática Aire Tractor o manual

40-200 Niebla –

Nube

Bajos y Altos

En General altos

Viña/cultivos de alta

densidad foliar. Insecticidas y

Fungicidas

Fuente. Autores De igual manera existen diferentes equipos para la pulverización como se muestra a continuación (véase la Tabla 3).

http://mx.depositphotos.com/25934575/stock-photo-pneumatic-pesticide-sprayer.html


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Tabla 3. Equipos Manuales de Pulverización

NIVEL DE AUTOMATIZACION

EQUIPO USO MAS HABITUAL

DESCRIPCION

Manual

Pistola / Lanza Aire libre o invernadero

Tanto las pistolas como las lanzas están conectadas a una cuba. Móvil o estática, donde se prepara el caldo de tratamiento. La mayoría de casos la

persona encargada de realizar la aplicación es asistida por un operario

para manejar la manguera por lo tanto, debe tenerse en cuenta que m en

muchos casos mediante esta técnica son dos o más personas expuestas a

productor fitosanitarios.

Mochila Aire libre en invernadero solo

como complemento o tratamientos con lanzas o pistolas.

Se trata de la mochila transportada a la espalda del trabajador que se acciona con la mano para obtener la aplicación

y que dispone de una lanza en su extremo se puede afirmar que este método de aplicación se utiliza casi

exclusivamente cuando los cultivos son muy pequeños o recién plantados en viveros o en jardinería exterior o en

aplicación es puntuales de pequeñas extensiones.

Carretilla Manual La carretilla se desplaza arrastrada por el operario que deja atrás la nube de

pulverización.

Fuente. Autores 1.6.2.2 Tipo de boquillas. Son las piezas que poseen la salida del líquido de un sistema de pulverización, tienen las siguientes funciones: Crear gotas de un determinado volumen. Determinar la presión que ejerce por hectárea. Proporcionar una adecuada distribución del líquido en toda la zona del cultivo. Su diseño proyecta de forma descendente agua, por lo cual pueden existir diferentes tipos de boquillas pero las más utilizadas son de tipo abanico y cono (véase la Figura 12).

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Figura 12. Tipos de boquillas

Fuente. FUNDACIÓN ARGENTINA. Tecnología de aplicación de fitosanitarios equipos manuales – buenas practicas [en línea]. Buenos Aires: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet

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1.6.2.3 Actuadores. “Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo de el origen de la fuerza el actuador se denomina: neumático, hidráulico o eléctrico”21. 1.6.2.4 Tipos de actuadores. Los actuadores se pueden dar Lineales (pistón) y Rotatorios (motor eléctrico), existen tres tipos de actuadores: Neumáticos, Hidráulicos y Eléctricos. Actuador neumático. Son los dispositivos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo. El rango es mayor que otros, una de las características es la poca viscosidad. A continuación se puede apreciar los diferentes tipos de un actuador neumático (véase la Figura 13). Figura 13. Partes de un Actuador Neumático

Fuente. THE BIG PROFE. Actuadores [en línea]. Buenos Aires: La Empresa [citado 20 abril, 2017].Disponible en Internet: <URL: http://www.thebigprofe.com.ar/ files/ACTUADORES.pdf> Actuador Hidráulico. Los actuadores hidráulicos son los más comunes funcionan a través de fluidos a presión por los que se destacan:

21 ASOCIACIÓN DE LA INDUSTRIA ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA, AIE. Actuadores [en línea]. Santiago ded Chile: La Asociación [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.aie.cl/files/file/comites/ ca/abc/actuadores.pdf>

http://www.thebigprofe.com.ar/files/ACTUADORES.pdf


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Cilindro hidráulico. Motor hidráulico. Motor hidráulico de oscilación. A sí mismo el moto hidráulico posee diferentes piezas con una función específica (véase la Figura No 14). Figura 14. Motor Hidráulico

Fuente. THE BIG PROFE. Actuadores [en línea]. Buenos Aires: La Empresa [citado 20 abril, 2017].Disponible en Internet: <URL: http://www.thebigprofe.com.ar/ files/ACTUADORES.pdf> Actuador Eléctrico. Un actuador eléctrico trabaja a través de energía eléctrica como fuente de poder, son los más sencillos de utilizar por su gran cantidad de componentes y motores según su aplicación. Como lo son: Motores de corriente continua (DC). Son los más fáciles de controlar, se controlan por inducción y excitación (se crea un campo magnético de dirección fija) (véase la Figura 15).



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Figura 15. Motor de Corriente Continua

Fuente. ROJAS SARABIA, Luis. Motores de Corriente Continua [en línea]. Bogotá: Monografías.com [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.monografias.com/trabajos61/motores-corriente-continua/motores-corriente-continua.shtml> Motores de Corriente Alterna (AC). El coste es relativamente bajo y es de muy buena precisión, se encuentran en síncronos y asíncronos. Las partes de este actuador se muestra a continuación (véase la Figura 16). Figura 16. Motor de Corriente Alterna

Fuente. LEÓN MONROY, Miguel Ángel; AMADO TORRES, Andrés y CARO GARCÍA, Omar Javier. Motores y Generadores AC/DC [en línea]. Bogotá: Blogspot [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://acdcmotory generador.blogspot.com.co/2009/05/partes-motor-corriente-alterna.html> Motores paso a paso. Son motores híbridos de imanes permanentes de reluctancia variable (véase la Figura 17).

http://www.monografias.com/trabajos61/motores-corriente-continua/motores-corriente-continua.shtml


http://acdcmotorygenerador.blogspot.com.co/2009/05/partes-motor-corriente-alterna.html


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Figura 17. Motor Paso a Paso

Fuente. THE BIG PROFE. Actuadores [en línea]. Buenos Aires: La Empresa [citado 20 abril, 2017].Disponible en Internet: <URL: http://www.thebigprofe.com.ar/ files/ACTUADORES.pdf> 1.6.2.5 Sistema de movimiento de un robot móvil. Un robot móvil cumple tres funciones fundamentales que son: locomoción, la percepción y la decisión. La locomoción. La locomoción se divide en el medio de apoyo el cual se desplazara el robot y lo que permite su propulsión (Motores y Mecanismos) (véase en la figura 18). Figura 18. Desplazamiento de un Robot Móvil

Fuente. ROBÓTICA 2010. Movimiento adaptivo en máquinas y animales [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://robotica2010.wikispaces.com/d+Movimiento+adaptativo+en+maquias+y+animales> Sistema de movimiento oruga y rueda. En el caso de un robot posee un sistema de movimiento tipo ruedas (u orugas) el cual permite su desplazamiento, y para



https://robotica2010.wikispaces.com/d+Movimiento+adaptativo+en+maquias+y+animales


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realizar un cambio de posición se requiere el cambio de dirección en uno de sus motores (véase la Figura 19). Figura 19. Locomoción Tipo Escolopendra y Lombriz

Fuente. ROBÓTICA 2010. Movimiento adaptivo en máquinas y animales [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://robotica2010.wikispaces.com/d+Movimiento+adaptativo+en+maquias+y+animales> Sistema de movimiento articulado. Un problema frecuente es el tipo de terreno donde el robot se va a desplazar, debido a esto se utiliza un numero de patas para determinad la complejidad del sistema. Una o dos patas funciona en modo dinámico, mientras que un sistema de mayor número permite un equilibrio estático, por lo tanto se dan varios tipos de desplazamiento que son: escolopendra, lombriz y fuelle La percepción. Es la etapa más difícil de desarrollar, por la lectura de sensores y el tratamiento de información. La misión del robot es construir un modelo de exploración para reconocer objetos, por lo tanto la tecnología sensórica facilita el reunir datos para el sistema. La decisión. La recolección de datos de los diferentes sensores deben ser interpretados como información para la toma de decisiones, por lo tanto el objetivo es controlar los accionadores como lo son: brazos, pinzas o motores 1.6.2.6 Control y sensores. Para conseguir que el robot realice su respectiva tarea con precisión, se necesita un estudio del entorno y conocimiento de su estado, por lo tanto, los sensores proporcionan esta información. Para conocer cómo funciona cada sensor se debe conocer sus tipos, que son:



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Sensores Internos. Son sensores que se integran en la estructura física del robot, debido a esto estudian el estado del dispositivo a fin de visualizar la información de su posición, velocidad y aceleración de las articulaciones. Sensores Externos. Los sensores externos proporcionan información del entorno que se mueve el robot. Gracias a estos datos, se puede conocer el alcance de movimiento donde se desplaza, el contacto con elementos físicos y la fuerza que ejerce el dispositivo. Con estas características facilita el movimiento e identificación de objetos. A partir de las características de los sensores internos y externos, se investigará los sensores más relevantes en el proyecto. Sensor de posición: potenciómetro. Se utiliza para conocer el desplazamiento lineal o angular de algún mecanismo. Una ventaja es la facilidad de manejarlo y el bajo precio al que se adquiere, así mismo el potenciómetro debe estar fijado al dispositivo para lograr tomar medidas. Una de las desventajas del sensor, es la precisión limitada en el valor de la medida (véase la Figura 20). Figura 20. Especificación de las Partes de un Potenciómetro

Fuente. ELECTRÓNICA UNICROM. Potenciómetro, Reóstato (Resistencia / Resistor variable) [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://unicrom.com/potenciometro-reostato-resisten cia-resistor-variable/>

http://unicrom.com/potenciometro-reostato-resistencia-resistor-variable/


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Sensor de proximidad (ultrasonido). El sensor de ultrasonido funciona modificando la distancia de objetos por medio de la detección de ecos ultrasónicos. Las ondas ultrasónicas son capaces de reflejarse por cualquier medio, si llegan a notar alguna discontinuidad. “La reflexión de la onda es debida a la diferencia de impedancias acústicas entre el medio y el objeto. El tiempo de espera entre el envío de la onda ultrasónica hasta su recepción se denomina tiempo de eco, y es utilizado para determinar la distancia al objeto”22. Ya comercialmente el sensor ultrasónico es abundante (Véase la Figura 21). Figura 21. Sensor Ultrasónico

Fuente. BOTBOSS. Tutorial arduino medir distancia con sensor ultrasónico [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://bot-boss.com/tutorial-arduino-medir-distancia-sensor-ultrasonico-hc-sr04/> Sensor de proximidad (infrarrojo). El sensor infrarrojo se caracteriza por medir distancia, el cual funciona con un sistema de emisión y recepción de radio lumínica en la cobertura que cubre los infrarrojos. Gracias a las características de los sensores infrarrojos suelen utilizarse en la robótica para medir distancia a corto alcance, estos dispositivos son muy económicos y el tipo de detección es direccional, es decir, solamente detectan objetos que están en frente suyo (véase la Figura 22).

22 UNIVERSIDAD DE VALLADOLID. Sensores [en línea]. Valladolid: La Universidad [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.isa.cie.uva.es/~maria/sensores.pdf>

http://bot-boss.com/tutorial-arduino-medir-distancia-sensor-ultrasonico-hc-sr04/

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Figura 22. Sensor Infrarrojo

Fuente. WIKI DE ROBÓTICA. Sensor de infrarrojos [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://wiki.robotica. webs.upv.es/wiki-de-robotica/sensores/sensores-proximidad/sensor-infrarrojos/>

http://wiki.robotica.webs.upv.es/wiki-de-robotica/sensores/sensores-proximidad/sensor-infrarrojos/


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2. METODOLOGÍA El proyecto tiene como punto de partida el desarrollo de un sistema robótico que facilite las tareas de fumigación en los cultivos de tomate, sin embargo, los sistemas robóticos son poco utilizados en Colombia por sus costos elevados, por esto acuden a otras alternativas más rudimentarias. Realizar un sistema electrónico que cumpla con las funciones de fumigación dosificada con una plataforma robótica que le permita la navegación autónoma a un precio asequible, con una buena precisión y con materiales reciclables fueron los parámetros para realizar una búsqueda de información sobre posibles sistemas existentes en Colombia o Internacionalmente en los cuales se pueda diseñar basado en procesos ya existentes. Identificando su forma física y geométrica para determinar el tipo de sensores, motores y mecanismos físicos. Los sistemas robóticos encontrados en Latinoamérica muestran un diseño pequeño a comparación de los tradicionales, los cuales están basados en tractores con un sistema de mangueras para drenar el líquido. Estas estructuras son de metal con dimensiones específicas para espacios reducidos y sistemas automáticos que controlan diferentes actuadores, sensores y motores, capaces de mover estructuras pesadas que realizan el trabajo de aspersión de líquidos. Estos modelos encontrados se han implementado en cultivos similares a los de tomate, por ello el diseño tomara procesos existentes usando materiales reciclables en la medida de lo posible para disminuir los costos de implementación y que presten los mismos beneficios enfocados a plantaciones de tomate tipo “cherry”. La planta de tomate tipo “cherry” se cultiva en espacios reducidos como lo son los invernaderos, estos cultivos tienen una geometría reducida que generalmente son cuadradas o rectangulares. Estas características nos delimitan las medidas del prototipo a utilizar, el cual debe ser aproximadamente a las medidas de una persona que lleve un tanque con el herbicida para que pueda movilizarse en medio de los surcos del cultivo. El peso en los prototipos existentes oscila entre los 40 a 80 kilogramos en promedio, esto se debe a los materiales que se usan en la construcción del chasis mecánico y los diferentes periféricos que utilizan para realizar las tareas asignadas. La plataforma robótica implementada para la tarea programada en los cultivos de tomate tiene un limitante de peso, por lo cual no debe sobrepasar los 60 kilogramos, puesto que puede deformar algunas partes de los surcos y por ello afectar el crecimiento de la planta. Conociendo las características de los modelos existentes, se analiza las señales necesarias para controlar el proceso de fumigación y navegación de la plataforma móvil. Para la navegación se utilizan motores a 24V las cuales están aislados de la

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parte de control por unos drivers de motor DC, que son regulados mediante una señal PWM generada por un PIC16f877 en el intervalo de tiempo necesario. Este mismo micro controlador genera otra señal PWM con diferente ciclo de trabajo para el control de los inyectores, los cuales son los encargados de realizar la aspersión del agroquímico a las plantas. La programación realizada al micro controlador PIC se realiza bajo el lenguaje en C++, el cual genera diferentes señales PWM en distintos ciclos de trabajo para el control de los motores e inyectores. También controla los sensores de la plataforma móvil. En este caso son dos sensores ultrasonido encargados de verificar si existe algún obstáculo enfrente o al lado que le imposibilite realizar los giros programados en la ruta. En el entorno en las plantaciones de tomate tipo “cherry”, se encuentra una estructura repetitiva del siembro de las plantas, por ello se puede determinar una ruta preestablecida que el robot recorrerá, esta ruta es programa en el micro controlador para la marcha de los motores con sus respectivos tiempos; además de ello se encuentra que el terreno donde se realiza la plantación es de difícil recorrido para este tipo maquina por ello se dota de un sistema de oruga el cual permitirá un recorrido más seguro y firme para todo el sistema robótico. El sistema de llantas se realiza utilizando materiales reciclables cadenilla y platos de bicicleta. Con ello reduciendo el costo en materiales y ayudando al medio ambiente en la reutilización de materiales. Estos componentes se alistan y soldán a los motores fijados previamente a la estructura metálica, la cual contendrá las baterías, sistemas de control, bomba de inyección, sistema de inyección de herbicidas y tanque de almacenamiento. Después de montados los diferentes sistemas a la estructura metálica, se realizan las diferentes calibraciones y linealización de los sensores de ultrasonido, para poder ejecutar las pruebas de recorrido de la plataforma móvil. Por último, se realiza un manual de uso para la configuración de la ruta, edad de maduración o germinación de la planta y tipo de aspersión del agroquímico sobre el cultivo.

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3. DISEÑO METODOLÓGICO

Durante el proceso de diseño se realizó la recolección de información para genera diferentes métodos de implementación de la plataforma robótica, con ello se busca elegir uno, que cumpla con los parámetros necesarios para realizar el prototipo final. El método seleccionado debe generar gastos mínimos de implementación garantizando su correcto funcionamiento. Se representa de forma gráfica mediante un diagrama de bloques el funcionamiento detallado de cada estructura del modelo robótico, con el fin de analizar al detalle los modelos y confirmar el más cercano a los requisitos (véase la Figura 23). Figura 23. Diagrama Modulo Eléctrico y Mecánico

Fuente. Los Autores. 3.1 CÁLCULOS Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Para el diseño de la estructura se valida los diferentes modelos extraídos de la información recolectada, el cual cumpla con una estructura sólida capaz de moverse por medio de un sistema de oruga en los surcos de las plantaciones de tomate. Con el fin de cumplir con las especificaciones del modelo y reducir costos, se analizan las características del material con que se desea realizar la estructura metálica. Los requerimientos son los siguientes: El material debe ser inmune al oxido u otros agentes que puedan deteriorarlo. El material debe resistir pesos hasta 40 kilogramos.

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El material no debe reaccionar químicamente con los herbicidas utilizados en la tarea de fumigación o productos de limpieza. El material debe ser resistente a golpes o fricciones con el entorno. El material se puede manejar u operar sin que valla a sufrir un cambio. La elección del material final para la fabricación del esqueleto mecánico fue de acero galvanizado calibre 18, perfil de ¾ de pulgada y pintado en anticorrosivo negro, para evitar futuras oxidaciones. Dada las medidas en el cultivo para el prototipo se tomaron en cuanta medidas por el espacio existente entre los surcos de la plantación, aproximadamente tiene 80 cm de espacio por ello el prototipo máximo puede medir 70 cm de ancho (véase la Figura 24). Figura 24. Medidas Máximas de la Estructura del Robot

Fuente. Los Autores. El material elegido cumple con las condiciones requeridas para el soporte de cada dispositivo que será integrado a la estructura. A sí mismo, el material es económico y resistente a la corrosión gracias a sus componentes químicos que posee. Se fabricó dos plataformas para distribuir uniformemente el espacio y el peso total de los dispositivos utilizados en la estructura del prototipo el cual tiene una altura entre las dos plataformas de 60cm (véase la Figura 25).

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Figura 25. Medidas Máximas de la Estructura del Robot (vista isométrica)

Fuente. Los Autores. Para sostener la estructura se diseñó 4 soportes gruesos con un ángulo respecto a

la última superficie de 63.43, con un ancho de 3 cm y un largo de 14cm. (véase la Figura 26).

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Figura 26. Medidas de los Soportes de la Estructura Mecánica

Fuente. Los Autores. Con estas características diseñadas obtenemos la base completa de la estructura mecánica. Con un peso total de 20 kg (véase la Figura 27). Figura 27. Estructura Mecánica Completa

Fuente. Los Autores. 3.2 DISEÑO DEL MECANISMO DE MOVIMIENTO Previamente realizada la estructura del robot el siguiente paso es ensamblar engranajes y piñones, es necesario realizar este tipo de trabajo en un taller para

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tomar las debidas precauciones para poder soldar los objetos. A continuación se procede a medir las cadenas justamente en los extremos de los soportes de tal modo que no quede ni muy templado ya que el movimiento ocasionaría que se rompan las cadenas, al contrario si se colocan demasiadas flojas las cadenas se saldrían de los engranajes o piñones (véase la Figura 28). Figura 28. Cadenas de la Estructura (vista lateral)

Fuente. Los Autores. Dada las condiciones de terreno que el cultivo de tomates posee es necesario implementar un sistema robótico móvil con ruedas de tracción en ese tipo de terrenos. Ya que este tipo de sistema es más confiable al trabajar en cultivos agrícolas. Debido a esto el diseño más adecuado para tener un correcto desplazamiento es un arreglo diferencial de 4 ruedas. El sistema por ruedas básicamente consiste de dos ruedas de eje común y gracias a la tracción de la cadena nos permitirá controlar los dos motores faltantes, con un sistema de movimiento de la siguiente forma: En arco. Vuelta sobre su propio eje. Línea recta. Gracias a las ruedas delanteras mantendrá el balance de la estructura, y las ruedas traseras controlaran la potencia y el movimiento cinemático (véase la Figura 29). A continuación conociendo las formulas cinemáticas de la estructura se hallara la velocidad de giro

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Figura 29. Movimiento Cinemático

Fuente. ESPINOSA, Ivette y MARTÍNEZ, Edgar. Diseño y modelado de un vehículo cuadrúpedo sub actuado [en línea]. Ciudad de Juárez: Universidad Autónoma de Ciudad Juárez [citado 20 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: https://www.researchgate.net/publication/311426987_Diseno_y_Modelado_de_un_Vehiculo_Cuadrupedo_Subactuado> Donde:

= Velocidad Angular R: radio de giro L= distancia entre las ruedas Vr= velocidad rueda derecha VL= velocidad rueda izquierda Donde hallaremos el valor del radio de curvatura y la velocidad angular del prototipo robótico. Radio de la Curvatura Instantánea

𝑹 =𝑳

𝟐∗ (

𝑽+𝑽𝑳

𝑽𝒓−𝑽𝑳) (Ecuación No1)

Velocidad Angular

𝝎 =𝑽𝒓−𝑽𝑳

𝑳 (Ecuación No 2)

Según la distancia medida entre las dos ruedas de la estructura, tenemos que la distancia es:

L= 45 cm

https://www.researchgate.net/publication/311426987_Diseno_y_Modelado_de_un_Vehiculo_Cuadrupedo_Subactuado


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A continuación La trayectoria angular que tiene que girar las ruedas en el cultivo se supone un radio de:

R: 15 cm A continuación es necesario hallar las dos velocidades de cada rueda para tener una idea de un giro efectivo en la base mecánica. La velocidad estimada para la rueda derecha es:

Vr: 0.40 m/s Por lo tanto despejando la velocidad de la rueda izquierda en la ecuación No 1 se tiene que: Velocidad Rueda Izquierda

𝑽𝑳 =𝑽𝒓 (𝑳−𝟐𝑹)

𝟐𝑹+𝑳 (Ecuación No 3)

Como resultado remplazando los valores en la ecuación No 3 tenemos que:

𝑽𝑳 =𝟎, 𝟒𝟎 (𝟎, 𝟒𝟓 − 𝟐 ∗ 𝟎, 𝟏𝟓)

𝟐(𝟎, 𝟏𝟓) + 𝟎, 𝟒𝟓

𝑽𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟖𝒎

𝒔

Ya obtenidas las velocidades de las ruedas al momento de dar un giro al final de cultivo podemos adecuar la potencia necesaria de los motores para que no presenten ningún inconveniente. Además de esto, la base tendrá dos plataformas en la que la primera se ubicara el contenedor del químico fumigador, en el segundo piso se ubicara las fuentes de voltaje para alimentar los dispositivos del robot y en la etapa inferior se ubicara la parte de control. 3.3 BOMBA E INYECTORES Ya con el diseño de la estructura mecánica se requiere una serie de mecanismos para distribuir el químico fumigador en el cultivo de tomates, para minimizar costos se aprovechó el uso de una flauta de inyectores marca corsa para la distribución del fumigador (véase la Figura 30).

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Figura 30. Riel de Inyectores

Fuente. Los Autores Teniendo en cuenta que esta flauta tiene un regulador el cual puede distribuir la presión del líquido. El riel tendrá inyectores los cuales pueden ser controlador por una señal PWM (véase la Figura 31). Figura 31. Flauta con los Inyectores

Fuente. Los Autores. Para la distribución del químico fumigador se utilizara una bomba de gasolina externa de alta presión. En este caso se utiliza una bomba con las siguientes características:

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CAUDAL: 300 LPH PRESIÓN: 5 BAR PESO: 5kg LARGO: 300 mm Gracias a estas características podremos saber si la potencia que ejerce en el líquido es más que suficiente para distribuir el químico fumigador por medio de los inyectores a través de la siguiente formula. Potencia de la Bomba de Gasolina

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛∗𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙

600 (Ecuación No 4)

Reemplazando valores se tiene que:

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =5 ∗ 300

600= 1 𝐾𝑤

3.4 ELECCIÓN DEL MOTOR Con la información de la estructura mecánica, fue indicado obtener un motor capaz de mover un peso de 50 kilos o 60 kilos aproximadamente, por ello se eligieron dos motores los cuales mueven cada uno 30 kilos peso. Este motor DC es de la clase moto reductores de 24V, con una velocidad de salida de 3100RPM. El motor es económico y pequeño con característica de mover todo el peso de la estructura mecánica (véase la Figura 32).

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Figura 32. Moto-Reductores DC - 24V

Fuente. Los Autores. 3.5 ELECCIÓN DE PIÑONES Y CADENA Para la elección de los piñones y la cadena que posteriormente es acoplada al motor y a la estructura mecánica se realiza la búsqueda de diferentes materiales metálicos y que sean reciclables. Para esta opción se eligió recolectar los platos y la cadenilla de bicicletas usadas y reutilizarlas para hacer el mecanismo de movilización de la estructura mecánica. La configuración utilizada son 4 platos medianos de 8.5 cm de radio, los cuales van soldados en los extremos de la estructura metálica. Estos platos están conectados con las cadenas y permiten el movimiento del robot. Dos piñones de 5 cm de radio están soldados a los moto-reductores y están conectados por medio de cadena a uno de los extremos de los platos medianos, permitiendo el desplazamiento de la estructura (Véase la Figura 33).

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Figura 33. Platos y Cadena de Bicicleta

Fuente. Los Autores. 3.6 ELECCIÓN DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS, SENSORES Y MICRO CONTROLADORES Para diseñar la etapa de electrónica, potencia y control de los inyectores, motores y sensores es importante determinar las características de funcionalidad del sistema y cumplir con los requerimientos de la plataforma móvil. Las características para el correcto funcionamiento de cada una de las etapas del sistema son las siguientes: Debe ser un sistema fiable, robusto y fácil de implementar para evitar el mal funcionamiento. El sistema debe ser jerárquico para enfocar mejor los sistemas y posibles localizaciones de fallas. Manipular las señales de control provenientes de los sensores de ultrasonido (Nivel y posicionamiento) para tener una correcta funcionalidad de los actuadores tales como los inyectores y motor-reductores. Poder controlar los motor-reductores a una velocidad constante sin desviamientos de la plataforma robótica.

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Poder controlar los inyectores en una secuencia síncrona para la dispersión del herbicida a la planta. Tener la disponibilidad de prender pausar o apagar el sistema en cualquier momento del recorrido de una manera fácil y asequible en caso de tener que realizar alguna para de emergencia Permitir un fácil mantenimiento al sistema. La estructura mecánica consta de un sistema que integra los diferentes actuadores (inyectores y motores), como sensores de ultrasonido los cuales nos medirán el nivel del tanque y la presencia de objetos en el entorno que detengan el proceso por posibles colisiones, esto nos lleva a presentar diversos modelos que controlen todos los periféricos con técnicas de tratamiento de señales como PWM y manejo de temporizadores. Para poder generar una señal PWM en un micro controlador debe tener pines con módulos CCP, los cuales se encarga de capturar y comparar valores con los números almacenados en el registro del temporizador. Un factor importante es la inmunidad a fluctuaciones de voltaje, para ello se utiliza el PIC16F887 (véase el Anexo D), el cual cuenta con dos salidas CCP las cuales pueden ser configuradas mediante código para PWM. El diagrama de programación e implementación está dividido por jerarquías (ver Figura 34). Figura 34. Mapa Conceptual – Jerarquía de Micro Controladores

Fuente. Los Autores. En la parte superior se encuentra un micro controlador el cual contiene la ruta de la plataforma robótica y el cual toma decisiones dependiendo de las señales de los sensores de presencia y nivel del tanque; este mismo acciona los micros controladores encargados del accionamiento de los motores y los inyectores. La etapa de control se identifica de la siguiente manera (véase la Figura 35).

Sistema de control

Microcontrolador 1

Control central de timers

Microcontrolador 2

Salida temporizada

inyectores

Microcontrolador 3

Salida PWM motor derecho

Microcontrolador 4

Salida PWM motor izquierdo

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Figura 35. Diagrama de Flujo – Control Microcontroladores

Fuente. Los Autores. El sistema inicia cuando el microcontrolador 1 tiene en su entrada B1 un 1 lógico, esto activa los sensores y los microcontroladores 2,3 y 4; estos a su vez se activan al tener en su pin B1 un uno lógico activando su respectivo actuador (Motores o inyectores). 3.7 ETAPA DE DISEÑO DE CONTROL Conociendo las etapas de control se realiza la programación de los micro controladores en el programa Pic C Compiler Versión 5.0 ® y se hace la simulación del mismo en el programa Proteus 8.1 ®, donde posteriormente se realizan los PCB para pasar realizar el circuito impreso.

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Para el control de los inyectores se realiza el código en Pic C Compiler Version 5.0 ® el cual se activa cuando el pin a0 está en 1, después de ello activa los pines c1,c2,c3,c4,d0,d1,d2,d3 y d4 los cuales se activan en un intervalo de 500 milisegundos y tiene una espera de un segundo ,la explicación del programa (ver ANEXO F), este se conecta a un driver de potencia el cual le da la suficiente corriente para activar los inyectores, estos inyectores para poder accionarse deben tener una corriente mínima de 500 miliamperios y máximo 1 amperio. Para este montaje se regula la corriente hasta 1 amperio para obtener un consumo dado por los drivers a los inyectores de 750 miliamperios aproximadamente. A continuación está el esquema simulado en el programa Proteus 8.1 ® donde se evidencia la activación de los pines (véase la Figura 36). Figura 36. Simulación en Proteus 8.1 de Controlador de Inyectores

Fuente. Los Autores Este diseño se quema mediante el programa PIC KIT 2 ®, el cual introduce el programa al PIC16F887. Después se realiza el esquema PCB para la baquela de circuito El diseño PCB de los inyectores también se realiza en el programa Proteus 8.1 ® en la opción PCB LAYOUT obteniendo un PDF y la siguiente imagen del montaje final (véase el Anexo I). La etapa de potencia se realiza por medio de un módulo de potencia (L298n- Puente H), el cual se muestra a continuación (véase la Figura 37).

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Figura 37. Puente H L298N

Fuente. Los Autores. El modulo cuenta con 4 salidas donde están conectados los inyectores y 3 pines de entrada donde se realiza la energización mediante una batería o fuente, la señal del micro controlador entra los 4 pines de control, donde se realiza la amplificación de corriente, quedando de la siguiente manera (véase la Figura 38). Figura 38. Implementación Puente H L298N

Fuente. Los Autores. La implementación de la etapa de control se hace por medio del PIC16f877 la cual se requiere programar el micro controlador por medio del programa Pic c Compiler Versión 5.0 ®, donde se activan los pines con el módulo CCP en configuración

60

PWM; pero para generar la señal con la frecuencia deseada, en nuestro caso de 1KHz, se toman la siguiente ecuación: Frecuencia Señal PWM

𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃𝑊𝑀 = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙

(𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟2+1)∗(𝑃𝑟𝑒𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑇𝐼𝑀𝐸𝑅 2)∗4 (Ecuación No 5)

Las condiciones de la frecuencia de trabajo están ligadas a la frecuencia del cristal que está manejando el microcontrolador la carga del timer y el preescaler del timer.

Se reemplaza una frecuencia de cristal de 4MHz para utilizar el oscilador interno del microcontrolador, la carga del timer2 se asume de 249 ms y el preescaler de 4 ms. La carga del timer se utiliza en la sentencia de código para configurar el puerto CCP Se realiza el código de control (véase el Anexo F) y posterior la simulación, la muestra dos señales PWM con frecuencia de 1KHz, la cual varía el ciclo de trabajo por medio de un potenciómetro. La simulación se realiza por medio del programa de simulación y creación PROTEUS ®, mostrando la siguiente simulación (véase el Anexo J). Después de realizar la simulación y observar que el sistema funciona correctamente, se realiza el esquema PCB para efectuar el montaje físico en la baquela. (Véase el Anexo J). Para la parte de potencia de los motores se adquieren unos drivers de potencia los cuales se manejan por medio de señales PWM a 24V, este módulo permite que dos señales PWM actúen para la marcha hacia adelante y hacia atrás. Con ello nos facilita el accionamiento con un puente H. El modulo es el driver BTS7960 a 43 amperios, el cual es el siguiente (véase la Figura 39).

61

Figura 12. Driver Motor DC BTS7960 43 A

Fuente. Los Autores. Los cultivos de tomate tienen una arquitectura general la cual se puede tomar en cuenta para la navegación de la plataforma móvil, esta navegación se puede volver periódica y se muestra a continuación (véase la Figura 40). Figura 13. Ruta de la Plataforma Móvil

Fuente. Los Autores. Para la programación se realizan unos temporizadores donde se van a tener prendidos los motores y los inyectores que realizan la aspersión, como también los giros que se muestran en la figura. Es una ruta periódica la cual se puede volver repetitiva hasta verla limitada por la distancia del cultivo. Realizada la programación (véase el Anexo G), la simulación del circuito queda de la siguiente manera (véase la Figura 41).

62

Figura 14. Simulación Control Central

Fuente. Los Autores. Verificando que el circuito se comporta con los tiempos asignados, se hace el esquema PCB la cual se muestra a continuación (véase Anexo L). Con la programación y realización de los PCB de cada una del micro controlador, se conecta el sistema de control de la plataforma móvil para verificar que todo funciona correctamente para realizar las pruebas de campo.

63

4. PRUEBAS Y RESULTADOS Finalmente se procede a realizar las pruebas del prototipo luego de haber implementado el diseño en la construcción mecánica e instrumental, fue necesario probar cada una de las etapas por separado para finalmente utilizar un sistema óptimo completo en uno solo. En el espacio denominado laboratorio No. 5 de la Universidad Católica de Colombia se determinó los ajustes necesarios en la parte de potencia de los motores y el tiempo de respuesta para los inyectores. Se pudo contar con la herramienta SolidWorks 2016 ®, para realizar un diseño esperado y poder elegir correctamente las medidas para la obtención del modelo final. Una vez diseñado la estructura robótica se hace toma de diferentes datos en diferentes tiempos para concluir los márgenes de errores. El sistema fue implementado con los materiales que asemejen un óptimo proceso de fumigación, gracias al manejo de un riel de inyectores de auto marca corsa se logró realizar una distribución del insecticida que no presentara fugas especialmente en las uniones que van en las mangueras, las cuales se necesitó agarraderas para evitar cualquier tipo de goteo. Además de ello, se implementó dos placas paralelas con tres huecos para colocar los rieles de inyectores para poder fumigar las tres etapas del cultivo, las cuales son desarrollo del fruto, inicio de cosecha y plena cosecha (véase la Figura 42). Figura 15. Placas Paralelas del Prototipo Robótico (vista isométrica)

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Fuente. Los Autores. Los sensores de ultrasonido como anteriormente se explicó serán colocados en la parte inferior delantera el cual será encargada de informar al prototipo si hay algún obstáculo el cual no permita si trayecto, este informara y detendrá el proceso del mecanismo hasta que el objeto sea retirado. 4.1 RECORRIDO DEL PROTOTIPO Primeramente el robot será programado para que cumpla con un ciclo de recorrido en el cultivo, donde el prototipo fue programado para recorrer 5 zonas del cultivo y aplicar el químico insecticida autónomamente (véase en Figura 43). Figura 16. Esquema de la Trayectoria que Recorrerá el Prototipo

Fuente. Los Autores. En las pruebas integrales se aplicó un estudio de la efectividad en la trayectoria que recorrería el prototipo basándose en diferentes casos donde el clima afectaba el terreno, ya que en ocasiones el terreno se encontraba húmedo dificultando la movilidad de las ruedas y de la estructura en sí (véase la tabla 4).

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Tabla 4. Pruebas en Terreno Seco

Pruebas en terreno seco SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3

1 Completa Completa Completa



4 Completa ERROR Completa



7 Completa Completa ERROR

8 Completa ERROR Completa


10 ERROR Completa Completa

Error 10 % 20 % 10 %

Fuente. Los Autores. Las pruebas en terreno seco la mayoría fueron muy efectivas excepto por 4 pruebas en diferentes sectores donde presentaron fallas en el recorrido ya que la torsión de los motores presentaban fallas por lo que se necesitó que el operador interviniera para reanudar el recorrido (véase el Tabla 4). Tabla 5. Pruebas en Terreno Húmedo

Pruebas en terreno húmedo SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3

1 ERROR ERROR ERROR










Error 30 % 10 % 20 %

Fuente. Los Autores. En el caso del desplazamiento del robot en terreno húmedo presento fallas al iniciar debido a que el terreno era muy inaccesible incluso con neumáticos todo terreno. Se necesitó adecuar el terreno en las partes más lodosas y encharcadas. Ya en diferentes pruebas presentan errores en diferentes sectores debido a colisiones al girar en cada esquina por lo que se necesitó que el operador reanudara el proceso (véase la Tabla 5).

66

Figura 17. Porcentaje de Error en Terreno Seco

Fuente. Los Autores.

Figura 18. Porcentaje de Error en Terreno Húmedo

Fuente. Los Autores. Las 10 pruebas realizadas en los dos casos del tipo de terreno seco y húmedo se pudo observar un error del 20% y 30% respectivamente en cada uno de los sectores lo cual se concluye que la estructura autónoma tiene una eficacia del 80% en un

0%

5%

10%

15%

20%

25%

Sector 1 Sector 2 sector 3

Erro

r (%

)

Porcentaje de error en terreno seco

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Sector 1 Sector 2 sector 3

Erro

r (%

)

Porcentaje de error en terreno humedo

67

terreno seco y la del 70% en un terreno húmedo lo que se podría considerar un valor adecuado teniendo en cuenta que es un prototipo. 4.2 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS INYECTORES Como se mencionó anteriormente la estructura mecánica está programada para realizar un recorrido autónomo en el cultivo por lo cual los rieles con inyectores deberán distribuir el fumigador durante la trayectoria. Se necesita que el robot fumigue un metro aproximadamente en 5 segundos (véase la Figura 52). El cultivo posee unos parámetros de 100 x 100 metros y el prototipo recorre 3 sectores aplicando el insecticida. Se midió los parámetros de las plantas para plantear el tiempo de aspersión de los inyectores en cada etapa del tomate, que proporcionara una cantidad necesaria que no dañara los cultivos de tomates. Se tomaron datos reales por medio de un cronometro calculando cada distancia (véase la Tabla 6). Ya con la información correspondiente se comparan los datos para calcular el error. (Véase la ecuación 5)

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜−𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜∗ 100 (Ecuación No. 5)

Tabla No 6. Pruebas del Tiempo Esperado y Real

METROS (m) TIEMPO ESPERADO (seg)

TIEMPO REAL (seg)

ERROR

1 5 4.98 0.4%

10 50 49.5 1%

20 100 99.77 0.23%

30 150 154.6 0.01%

40 200 199.3 0.05%

50 250 249.9 0.04%

60 300 299.1 0.3%

70 350 348.8 0.34%

80 400 397.3 0.67%

90 450 443.6 0.01%

TOTAL 0.30%

Fuente. Los Autores. Según el las pruebas realizadas del tiempo esperado y el tiempo real tiene un margen de error tomado de la medición por un cronometro es muy corto. Así

68

obteniendo un uso adecuado del fumigador ahorrando el producto y protegiendo a la planta. 4.3 CURVA DEL CONSUMO DEL QUÍMICO FUMIGADOR Se calculó el consumo del fumigador que utiliza los inyectores para así tener en cuenta cuánto dura el ciclo completo del prototipo robótico, por medio de un sensor ultrasonido respecto a la altura del tanque del tanque (véase la Tabla No 7). Tabla No 7. Cantidad del Insecticida Dentro del Tanque

Distancia entre el sensor y el tanque (cm)

Litros (L)

0 – 2 12

3 – 5 11

6 – 9 9

10 – 12 7

13 – 15 5

16 – 18 3

19 – 21 2

22- 24 1

Fuente. Los Autores. Los datos observados en la anterior tabla se calcularon obteniendo la capacidad máxima del tanque y se obtuvo la escala respectiva del sensor ultrasonido, para cada nivel de medición se obtiene el valor en ese instante del tanque. Teniendo en cuenta los datos calculados, observamos el gasto del químico en el proceso de fumigación autónoma (véase la Figura 46).

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Figura 19. Cantidad del Insecticida Dentro del Tanque

Fuente. Los Autores. La pendiente que se da a medida que disminuye el insecticida, el sensor obtiene un rango de 300 cm – 400 cm pero solo fue necesario una comparación hasta 25 cm, lo cual nos ayudó a tener los puntos de desviación para realizar una corrección para que cada litro sea distribuido de forma correcta. Esto se logró tomando en cuenta consideraciones mecánicas.

14

8

11

14

1720

230

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25

Litr

os

(L)

Distancia entre el sensor y el tanque (Cm)

Cantidad del insecticida dentro del tanque

70

5. CONCLUSIONES

1. Se obtuvo un sistema capaz de fumigar en tres clases de etapas de crecimiento

en cultivos de tomate (Temprana, media y adulta), con la utilización de un riel de inyectores los cuales mediante un ajuste mecánico se puede obtener un riego a la altura deseada.

2. Con la utilización de boquillas tipo cono se realizan mejor la aplicación de

herbicidas en espacios reducidos, aclarando que tiene una dependencia al tipo de herbicida que se esté aplicando, puesto que si la mezcla es gruesa puede afectar el funcionamiento de la boquilla o el inyector.

3. Para tipos de terrenos con pisos lodosos y que no sean planos es aconsejable

trabajar con estructuras que tengan instalados sistemas de oruga o llantas (Tipo tractor) que permitan una altura suficiente entre la estructura y el piso en el que se esté trabajando.

4. El modelo final está caracterizado en modelos similares que realizan trabajos en

el área de la agricultura. Adaptado a las medidas generales de los cultivos de tomate, consiguiendo una estructura firme y con espacios para la instalación de los periféricos necesarios para realizar la tarea de la aplicación de agroquímicos y disposición para futuras actualizaciones al sistema.

5. La implementación de las señales PWM para el control de los motores y los

inyectores, facilitaron las pruebas en terreno puesto que se podía variar las velocidades y encontrando el ciclo de trabajo que se necesitaba en cada uno de los casos para que la plataforma realizara la tarea de manera óptima.

6. Se construyó un prototipo el cual realiza el trabajo de fumigación mediante la regleta de inyectores a las platas; cumple con las medidas de los diseños, aunque no dispone de una navegación completamente semiautónoma, puesto que realizo la navegación del prototipo basado en una conversión de tiempos para determinar una distancia y no se logró completamente la navegación dependiente de los sensores de presencia, banderas electrónicas, puntos GPS, entre otros para realizar la navegación.

7. Los terrenos con condiciones de fango o humedad, que presente terrenos

inestables o que no son completamente planos, hacen que la navegación planteada de la conversión de tiempos para la determinación de la distancia a recorrer falle, puesto que hay condiciones en el recorrido (deslizamientos de la

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plataforma, perdida de tracción de las llantas, desviaciones de la ruta) que hacen que el método propuesto no sea el más acertado para una navegación semiautónoma

6. RECOMENDACIONES

1. Gracias al sistema de cadenas se considera a futuro implementar un control tipo oruga el cual tiene un movimiento inercial con más precisión para seguir la trayectoria y gracias a su estructura actuaria de forma eficaz en cualquier condición en el que el terreno se encuentre.

2. La implementación de un sistema encargado de ubicar la regleta de inyectores en la posición deseada según la edad del cultivo permitiría implementar una fumigación más precisa y homogénea a cualquier tipo de cultivo

3. El sistema de boquillas presento buenos resultados en la aplicación de agroquímicos en las plantas, pero podría realizarse la integración de diferentes boquillas en el sistema de inyección y que la selección se realice dependiendo de la edad del cultivo para un mejor aprovechamiento del herbicida.

4. Una plataforma más liviana podría moverse con mayor versatilidad dentro de los surcos de las plantaciones de tomate, con la implementación de un sistema de oruga existente en el mercado.

5. Un sistema semiautónomo en un cultivo de tomate no es tan apropiado por los inconvenientes que este puede generar en su navegación, es recomendable realizar un sistema tele operado y la supervisión de un operario.

6. Un módulo GPS ayudaría a realizar un mapa del recorrido por donde la plataforma pasa realizando la fumigación, el cual puede servir para fututos trabajos que requieran de una navegación autónoma o semiautónoma.

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ANEXOS

Anexo A. Registro fotográfico A1 A2

A3

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A4

A5

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A6 A7

A8

80

A9

81

Anexo B. Datasheet PIC16F887

84

Anexo C. Datasheet Driver BTS 7960 High Current PN Half Bridge

89

Anexo D. Datasheet Sensor Ultrasonido

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Anexo E. Datasheet Puente H L298N

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Anexo F. Programa Inyectores #include <16f887.h> #fuses XT, NOWDT, NOPROTECT, NOLVP,PUT, BROWNOUT,INTRC_IO #use delay (clock=4000000) Void main () { set_tris_c (0b00000000); //Pines del puerto b son de salida output_c (0x00); //Pines empiezan en cero set_tris_d (0b00000000); //Pines del puerto b son de salida output_d (0x00); //Pines empiezan en cero output_a (0b00000001); While (true) { if (input(pin_a0)==1) // Mientras la variable sea verdad { output_high (pin_c1); output_high(pin_c2); output_high(pin_c3); output_high(pin_d0); output_high(pin_d1); output_high(pin_d2); output_high(pin_d3); output_high(pin_c4); delay_ms(500); output_low(pin_c1); output_low(pin_c2); output_low(pin_c3); output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); output_low(pin_c4); delay_ms(1000); } If (input(pin_a0)==0) { output_low(pin_c1); output_low(pin_c2); output_low (pin_c3); output_low(pin_d0); output_low(pin_d1);

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output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); output_low(pin_c4); } } }

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Anexo G. Programa señal PWM Motores #include <16f887.h> #device ADC=10 #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,PUT,BROWNOUT,INTRC_IO #use delay(clock=4000000) int 16 duty=0; int Timer2,Poscaler; void main(){ Timer2=249; Poscaler=1; setup_timer_2(t2_div_by_4,Timer2,Poscaler); setup_ccp1(ccp_pwm); setup_ccp2(ccp_pwm); setup_adc_ports(all_analog); setup_adc(adc_clock_internal); set_tris_b(0b11000000); while(true) { if (inputs(pin_b7)==1) { set_adc_channel(0); delay_us(100); duty=read_adc(); set_pwm1_duty(duty); } if (input(pin_b7)==0) { output_low(pin_c2); } if(input(pin_b6)==1) { set_adc_channel(0); delay_us(100); duty=read_adc(); set_pwm2_duty(duty); }

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if(input(pin_b6)==0) { output_low(pin_c1); } } }

98

Anexo H. Programa Controlador Central #include <16f887.h> #fuses XT, NOWDT, NOPROTECT, NOLVP, PUT, BROWNOUT, INTRC_IO #use delay(clock=4000000) void main() { set_tris_c(0b00000000); output_c(0x00); set_tris_a(0b11111111); while (true) { if (input(pin_a0)==1,input(pin_a1)==0,input(pin_a2)==0)// a0 es el botón de inicio a1 es el sensor de nivel y a2 son los sensores de presencia { output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high (pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atrás derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_high(pin_c4);//Inyectores ON delay_ms(500000);// Delay de tiempo directamente proporcional 100 metros output_high(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_high(pin_c2);//Motor atrás derecho delay_ms(300);// Delay de tiempo de giro hacia la derecha output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low (pin_c2);//Motor atrás derecho output_low (pin_c3);//Motor atrás izquierdo delay_ms(400);//Delay de motores proporcional a 800 cm output_high(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_high (pin_c2);//Motor atrás derecho delay_ms(300);// Delay de tiempo de giro hacia la derecha output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atrás derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_high(pin_c4);//Inyectores ON

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delay_ms(500000);// Delay de tiempo directamente proporcional 100 metros output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high(pin_c3);//Motor atrás izquierdo delay_ms(300);// Delay de tiempo de giro hacia la izquierda output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atrás derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo delay_ms(400);//Delay de motores proporcional a 800 cm output_high(pin_c0);//Motor adelante derecho output_high(pin_c3);//Motor atrás izquierdo delay_ms(300);// Delay de tiempo de giro hacia la izquierda } if(input(pin_a0)==0) { output_low(pin_c0);//Motor adelante derecho output_low(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atras derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_low(pin_c4);//Inyectores ON } if(input(pin_a1)==1,input(pin_a2)==1) { output_low(pin_c0);//Motor adelante derecho output_low(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atras derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_low(pin_c4);//Inyectores ON } if(input(pin_a1)==1,input(pin_a2)==0) { output_low(pin_c0);//Motor adelante derecho output_low(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atras derecho

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output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_low(pin_c4);//Inyectores ON } if(input(pin_a1)==0,input(pin_a2)==1) { output_low(pin_c0);//Motor adelante derecho output_low(pin_c1);//Motor adelante izquierdo output_low(pin_c2);//Motor atras derecho output_low(pin_c3);//Motor atrás izquierdo output_low(pin_c4);//Inyectores ON } } }

101

Anexo I. Simulación Señales PWM Motores

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Anexo J. PCB PWM Motores

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Anexo K. PCB Inyectores

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Anexo L. Manual de usuario para el manejo de la estructura semiautónoma INFORMACIÓN BÁSICA El usuario deberá estar informado de las normas de seguridad que debe tener en cuenta antes de poner en marcha la estructura autónoma. Se deberá revisar cualquier posible obstáculo que pueda dañar o afectar el proceso que llevara a cabo el prototipo robótico. Así mismo es recomendable adecuar el suelo en caso de que este húmedo ya que podrá imponer algún inconveniente. FUENTE DE ALIMENTACIÓN Se recomienda verificar la carga de las baterías, si están descargadas utilizar cargadores con una especificación de 12 V y 1 A, tomando en cuenta que la carga toma por medio de 3 horas aproximadamente. MANTENIMIENTO DE LA ESTRUCTURA Para mantener la durabilidad del prototipo es recomendable realizar una limpieza 1 vez a la semana, en las ruedas y limpiar el polvo en el sistema electrónico. Usar equipo de protección al llenar el tanque y al limpiarlo para no verse afectado por este. SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA Este diseño fue construido únicamente para el uso de fumigación en micro cultivos de tomate por lo cual: No permitir la ayuda de terceras personas que no estén al tanto de las normas de seguridad. No intervenir en el proceso del prototipo mientras esté cumpliendo su ciclo a menos que la estructura autónoma por medio de sensores lo indique. Revisar contantemente los inyectores para identificar cualquier posible tipo de fuga No manejar las baterías con objetos extraños y con las manos húmedas para su protección. En caso de algún mal funcionamiento apagar el sistema por medio de un switch que corta la alimentación del prototipo. Si llegara a suceder este inconveniente no manipularlo y llamar al servicio técnico.

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Anexo M. Precios de Materiales de Fabricación

DISPOSITIVOS PRECIO (COP)

Estructura 400.000

2 Cadenas metálicas 40.000

Tanque 15.000

2 Fuentes de voltaje 80.000

4 Llantas todoterreno 100.000

4 Circuitos en baquela 35.000

2 paquetes de jumpers tipo hembra- macho

10.000

1 paquete de resistencias variadas 7.000

1 paquete de Tornillos variados de media pulgada

15.000

2 flautas de inyectores 150.000

1 Bomba de gasolina 90.000

2 metros de manguera hidráulica R6 ¼ “420 PSI”

20.000

TOTAL 962.000

DESARROLLO DE SISTEMA AUTÓNOMO Y ......y empleo de insecticidas los vuelve más propensos a sufrir...

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