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UNIVERSIDAD DE SONSONATE
FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS NATURALES
TEMA: ROBOT EXPLORADOR CONTROLADO
(R-BJP EXPLORER)
CATEDRA:
SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO
CATEDRÁTICO:
Msc. MANUEL NAPOLEÓN CARDONA GUTIÉRREZ
INTEGRANTES:
JOAQUIN ALBERTO CISNEROS
JOSE RAFAEL GUERRA
CESAR SAUL LOPEZ
MELWIL JEOVANY VELASQUEZ
NOVIEMBRE 2009
SONSONATE
Robot Explorador Controlado Universidad de Sonsonate
INDICE
Pág.
CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. El Problema de Investigación………………………………………….…...…….4
1.2. Antecedentes………………………………………………………………...…….5
1.3. Situación Actual……………………………………………………………..……..5
1.4. Preguntas de Investigación……………………………………………..…..….7
CAPITULO II. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
2.1. Revisión de Literatura………………………………………………………..……9
2.2. Hipótesis……………………………………………………………………....……13
CAPÍTULO III. JUSTIFICACION Y OBJETIVOS
3.1. Justificación………………………………………………………………..….……14
3.2. Objetivos………………………..………………………………………..….…......15
CAPITULO IV. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.
4.1. Tipo de Investigación………………………………………………………..……16
4.2. Diseño del robot explorador Controlado…… …………………………….……16
4.2.1 Sistema Eléctrico………………………………………………………………...17
4.2.2. Diseño para construir el sistema Mecánico……………………….…………18
4.2.3. Sistema de Cámara Inalámbrica…………………………………..…..……...19
CAPÍTULO V.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones………………….…………………………………………………..21
5.2. Recomendaciones………………………………………………………………..22
CITAS BIBLIOGRÁICAS.
Sistema de Control Automático
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ANEXOS.
RESUMEN
El proyecto consiste en realizar el diseño y construcción de un vehículo
explorador, con un sistema de adquisición de video-fotografía abordo, el cual
servirá para control mecánico y visual del Robot Explorador Controlado (R-BJP
EXPLORER); donde el usuario observe en tiempo real lo que sucede cerca del
vehículo explorador. La importancia radica en el control visual mediante conexión
Blue-Tooth para establecer la comunicación entre la computadora y el dispositivo
visual (celular); que a su vez sea capaz de realizar tareas de exploración en
lugares donde implique cierto riesgo para el ser humano. Para esto se optó por
realizar una estructura tipo carro con tracción e incorporando un dispositivo visual
(celular con cámara y Blue-tooth), el cual tiene la capacidad de giro de 360
grados.
Los objetivos a cumplir para la etapa y finalización del proyecto son la
manipulación visual del Robot (R-BJP EXPLORER) y la implementación para el
reconocimiento y exploración de lugares inaccesibles por el hombre para realizar
tareas de exploración.
La conexión Blue-Tooth permite conectarse e intercambiar de información de
forma inalámbrica. Blue-Tooth es la especificación “factor de alcance corto” y
permite la comunicación inalámbrica entre computadoras portátiles, celulares,
impresoras, cámaras y otros aparatos electrónicos portátiles a través de una
frecuencia de radio de alance corto.
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INTRODUCCIÓN
Los sistemas de control automático son una rama de la tecnología, que estudia el
diseño y construcción de dispositivos, y máquinas capaces de desempeñar tareas
realizadas por el ser humano.
En la actualidad los sistemas de control ayudan en las tareas en las que el ser
humano se expone a peligrosas tareas; esto hace posible que los robots lleguen a
lugares inaccesibles por el hombre o simplemente hacer tareas en donde se
tenga cierto grado de peligrosidad debido a ácidos y otras sustancias tóxicas.
Utilizando estos conceptos se pretende resolver el problema de inaccesibilidad del
hombre en ciertos lugares. Para esto se desarrollará un robot controlado
visualmente con la capacidad de desplazarse en zonas de riesgo para el ser
humano.
El presente informe contiene el proceso de diseño del control-visual desarrollado
para la realización del proyecto titulado Robot Explorador Controlado (R-BJP
EXPLORER).
En primer lugar daremos a conocer los detalles sobre el control del dispositivo
visual (celular). Además, el diseño final de la estructura del robot tomando las
consideraciones necesarias para su adecuado funcionamiento. Seguidamente
mostraremos fases de armado del robot y fotografías la estructura final, y los
resultados obtenidos en esta etapa del proyecto.
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I.PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION
DETALLE DEL PROBLEMA
El proyecto nace frente a la problemática de que el hombre no puede tener
acceso a ciertos lugares; debido, ya sea a que es imposible o porque implicaría
un riesgo para su integridad física y hasta la vida misma.
De ahí que hay lugares que deben ser examinados constantemente y representan
un riesgo al ser humano, por ello se pretende que R-BJP EXPLORER sustituya y
realice la tarea de exploración, así como también la toma de fotografías y videos;
además de poder visualizar en tiempo real lo que sucede en el área explorada.
Debido a esto se presentan las siguientes implicaciones:
1. Económica: en cuanto a material a utilizar que incluye el dispositivo visual
(cámara del celular), herraje metálico, engranes, motores de corriente
continua, baterías tipo AA como fuente de energía, y control inalámbrico de
frecuencia modulada (FM).
2. La técnica de diseño: la técnica utilizada para este sistema de control forma
parte de los conceptos teóricos de los sistemas de control automático.
3. Limitantes: como limitante se propuso el alcance del Blue Tooth, debido a
que el área a explorar se considero pequeña según la aplicación.Sistema de Control Automático
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PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE POSIBLES SOLUCIONES
Para poder solucionar el problema planteado se llego a la conclusión que la mejor
opción sería elaborar un prototipo de robot, que sea capaz de desplazarse con
facilidad por lugares inaccesibles para el hombre, y permitir realizar tareas de
exploración.
Construir el Prototipo Robot Explorador Controlado (R-BJP EXPLORER) tipo
carro, para que pueda desplazarse con facilidad por lugares inaccesibles para el
ser humano o como se dijo antes que representen riesgo alguno al ser humano.
También se planteo la incorporación de una cámara (celular) sobre el R-BJT
EXPLORER; para lograr el control visual y la observación en tiempo real, y como
adición la captura de fotografías y video.
ANTECEDENTES
Un ejemplo en la industria en caso de algún desastre o incidente ocurra. En
donde un ser humano no puede ingresar debido a gases tóxicos, pero es
necesaria la inspección del lugar, por lo tanto es aplicable un Robot Explorador
Controlado; también se pueden aplicar otros tipos de sensores según sea la
necesidad.
O también para la ubicación de victimas en cualquier desastre pues el tiempo en
esas situaciones es preciado y no se admite su perdida.
SITUACION ACTUAL
Además a nivel mundial la tecnología manejada en vehículos de exploración
cuentan con detectores de voces y otros sonidos que puedan indicar presencia
humana entre las ruinas. Algunos integran en su sistema electrónico, cámaras
térmicas capaces de apreciar el calor de los cuerpos aún con vida; otros equipan
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lentes que logran visualizar los colores (de la ropa, por ejemplo), que se ocultan
debajo de la capa gris de polvo que cubre todo el escenario de una tragedia.
Además de revelar la presencia de vida, todos ellos permiten obtener imágenes
sobre los detalles estructurales de los edificios.
Como ejemplo de estos vehículos de exploración se encuentra “Moira 2” que es
un robot serpiente, al cual le han colocado una pequeña cámara fotográfica en
una de las extremidades y una serie de censores unidos a su cuerpo. Con ello,
sus inventores desean que sea capaz de penetrar en los lugares más difíciles y
funcione como unos ojos dentro de los lugares inaccesibles para los equipos de
rescate.
Otro ejemplo es el “Leg-in-Rotor V” que tiene ruedas que le permiten rodar sobre
superficies planas. Además, este robot tiene una cámara incorporada para ver el
desastre y un parlante que le permite al equipo de rescate detectar y escuchar e
identificar víctimas.
Actualmente, El Salvador cuenta con poca tecnología en cuestión de rescates en
siniestros o desastres naturales, lo cual hace que a grupos de rescate como el
cuerpo de bomberos, defensa civil y otros, se les dificulte realizar sus labores.
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Por tal razón, nació la idea de diseñar un vehículo de exploración (prototipo), que
facilitará a grupos especializados de rescate, la búsqueda de personas atrapadas
en una tragedia, como puede ser un desastre natural, acciones terroristas, etc.
El diseño del vehículo de exploración, tiene incorporada una cámara de video,
que enviara imágenes a una computadora, para presenciar en tiempo real, que
está sucediendo en el sitio del desastre, además el vehículo que se propone no
solamente puede ser aplicada para siniestros, sino también, para exploración de
alcantarillados, ya que ayudaría en la instalación de redes, ya sean eléctricas o de
telecomunicaciones.
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PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
1. ¿De qué manera se puede proteger las vidas humanas en
exploraciones riesgosas?
2. ¿Cuál es la importancia de crear un robot de exploración?
3. ¿Cuál es el diseño de prototipo más idóneo de robot que se debe crear
para resolver tareas de exploración?
4. ¿Qué componentes están involucrados en el control visual del robot
explorador?
5. ¿En qué áreas se puede aplicar la operación del robot explorador?
6. ¿Cuáles son los beneficios a obtenidos con esta investigación?
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7. ¿Cuáles son las partes mecánicas más importantes de las cuales
consta el robot explorador?
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II. FUNDAMENTACION TEORICA
REVISION LITERARIA
EL VEHÍCULO ELÉCTRICO
El vehículo usado funciona con energía eléctrica, en nuestro caso son seis
baterías 1.5 volts recargables, y su ventaja es de importancia por causas
económicas y ambientales. Estas alimentan tres motores de corriente directa
(DC), uno para el control de giro de 360° del celular y dos para el traslado del
vehículo. También ocho baterías para el control independiente de frecuencia
modulada.
LA FUENTE DE PODER Ó ENERGÍA
La fuente de poder más común en los Vehículos Eléctricos son las baterías las
cuales deben tener las siguientes características:
• Bajo costo.
• Mantenimiento simple.
• Sin riesgo de causar contaminación ambiental cuando sean desechadas.
• Habilidad para proporcionar una correcta estimación de la energía remanente.
ROBÓTICA
La disciplina que se encarga del estudio y desarrollo de los robots es la robótica,
una síntesis de la automática y la informática. Para ello, la robótica se sirve de
disciplinas como la mecánica, la microelectrónica y la informática, además de
incorporar a los ingenios técnicos como el reconocimiento y análisis de imágenes.
El creciente desarrollo de los robots y su constante perfeccionamiento ha hecho
que cada día se apliquen en mayor medida a los procesos industriales en
sustitución de la mano de obra humana. Dicho proceso, que se inició hacia 1970,
recibe el nombre de robotización y ha dado lugar a la construcción de plantas de
montaje parcial o completamente robotizadas.
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ROBOTS CONTROLADOS POR VISIÓN
Robots controlados por visión: donde los robots pueden conducirse por un lugar
determinado y adquirir información desde un sistema de visión. Estos tienen un
control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y toman decisiones basados
en datos obtenidos por el elemento de visión. Estos son dispositivos de manejo
manual, controlados por una persona para que el robot se conducido para realizar
una tarea específica.
APLICACIONES
1. Manufactura y manejo de materiales.
2. Ambientes hostiles (peligro).
3. Exploración espacial.
4. Operaciones de rescate.
Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las tareas a
realizar, se tienen diferentes tipos de programas:
Algunas tareas de un robot móvil:
• Reconocer lugares y/o objetos.
• Manipular objetos.
• Comunicarse con otros agentes: computadoras, personas, etc.
En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros
agentes, como en este caso con una computadora para registrar y almacenar las
imágenes.
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LOCOMOCIÓN DEL PROTOTIPO
La locomoción: es la capacidad de los robots para desplazarse de un punto a otro.
En caso de nuestro prototipo el desplazamiento se realiza en línea recta con
capacidad de giro. La locomoción es especialmente importante en la exploración
de terrenos desconocidos.
EL ENTORNO
Es el entorno por donde el robot se desplaza. El entorno se clasifica en cuatro
tipos básicos: acuático, terrestre, aéreo y espacial. Este define los mecanismos
que permitirán al robot movilizarse de acuerdo al tipo de área. A su vez se dividen
en ambientes extremos y normales.
ENTORNO TERRESTRE
Los robots creados para este entorno son de fácil construcción y se basan en
conceptos de mecánica muchas veces ya probados. En el desarrollo de sistemas
de locomoción para este entorno ha dado origen a muchas alternativas de
desplazamiento que van desde lo convencional a modelos de imitación del mundo
animal, nuestro prototipo se desplaza gracias a engranajes, logrando una
transmisión para las dos ruedas laterales para cada motor.
Dos pares de ruedas con tracción independiente, cada rueda es controlada por un
motor individual que se controla por separado, esto le permite realizar giros sobre
sí mismo con solo frenar el giro de un par de las ruedas con respecto a la otro.
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EL MEDIO DE TRABAJO DEL PROTOTIPO
El ambiente en donde el robot debe operar es realmente hostil, no apto para la
vida humana y muy exigente con respecto a las características constructivas del
robot. También puede ser operado en un entorno natural en donde un ser humano
realiza su actividad, no es perjudicial para su salud, y las condiciones del entorno
pueden variar sin previo aviso.
CANAL COMUNICACIÓN
En el momento de seleccionar el canal por el cual viajara la información, se desea
un canal con la menor cantidad de inconvenientes posibles en el momento de
realizar la transmisión, en nuestro diseño el dispositivo o canal de comunicación
seria una cámara controlada mediante Bluetooth (un canal de comunicación visual
inalámbrico), que va a controlar de una forma remota y con lo cual será posible
movilizara por diferentes sitios y a su vez es necesario que le operador se pueda
ubicar a una distancia que le brinde seguridad sin perder el control sobre el
vehículo.
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CANAL DE COMUNICACIÓN ALAMBRICO vrs INALAMBRICO
DESVENTAJAS ALAMBRICO vrs INALAMBRICO
1. Cables que pueden obstruir el vehículo.
2. Poca maniobrabilidad para el vehículo.
3. Necesita de repetidores para una mayor distancia de comunicación.
4. Mayor cantidad de elementos a transportar (cables).
VENTAJAS INAMLAMBRICO vrs ALAMBRICO
1. Gran maniobrabilidad del vehículo.
2. Ofrece una distancia suficiente para la seguridad del operario.
3. Al no existir cables, se facilita su transporte.
HIPOTESIS
El robot explorador controlado es capaz de sustituir al ser humano en áreas
donde este no puede ingresar, ya sea por su inaccesibilidad o porque
presenta un riesgo para su integridad física.
El robot explorador controlado es lo suficientemente capaz de ingresar a un
área, sin importar su naturaleza.
El robot explorador será capaz de entablar comunicación en tiempo real
con la computadora inalámbricamente, a la vez que capturara fotografías y
videos, todo esto controlado desde la computadora.
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III. JUSTIFICACION Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
JUSTIFICACION
La ejecución del presente trabajo de investigación se justifica por su:
1. Practica: dado que los resultados de investigación serán aplicados en
beneficio propio como estudiantes, así mismo servirá de ayuda practica a
los estudiantes de Sistemas de Control Automático de la Universidad.
2. Utilidad: porque pretende resolver el problema de inaccesibilidad del
hombre en ciertos lugares y su sustitución en lugares de riesgo. Para esto
se desarrollará un robot controlado con la capacidad de desplazarse y
tomar fotografías y videos del área explorada.
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OBJETIVO DE LA INVESTIGACION
GENERAL
Construcción de un Robot Explorador Controlado: R-BJT EXPLORER, y su
control visual por medio de un celular, y que a su vez sea capaz de
observar en tiempo real y capturar videos y fotografías en aéreas hostiles.
ESPECÍFICO
Diseñar y Construir un Robot Explorador Controlado por un operador
desde un lugar remoto, por medio de una computadora y control
independiente de frecuencia modulada, aplicando dispositivos y programas
que nosotros tenemos a nuestro alcance.
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IV METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
TIPO DE INVESTIGACION
Se opto por método de investigación empírico, pues luego del diseño se procedió
a la construcción directa del prototipo, como se sigue en la siguiente información.
DISEÑO DEL ROBOT EXPLORADOR CONTROLADO
(R-BJP EXPLORER)
FASES DEL DISEÑO
Generalmente comenzamos con la identificación de una necesidad de movilidad
del robot y el proceso finaliza con la presentación del diseño para satisfacer tal
necesidad de movilidad, para eso se decidió un robot tipo carro como el mostrado
a continuación.
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ELECCIÓN DEL MATERIAL EN EL DISEÑO
Una de las alternativas más factibles es el uso de partes prefabricadas de
aluminio y plásticos, debido a que el propósito general de este proyecto no es la
construcción mecánica si el control visual del prototipo de robot; por eso solo se
armó los componentes mecánicos del vehículo y sobre todo, en la construcción
mecánica para movilizarlo.
SISTEMA ELECTRICO
Para la tracción, los motores se activan por medio de un control que envía una
señal, que permita girar los motores de corriente continua hacia delante o hacia
atrás, es decir en sentido horario o sentido anti-horario, por medio de un radio
control de frecuencia modulada, de fácil operación y configuración.
Los radio controles manejan cierta cantidad de canales, estos determinan la
cantidad de controles que lleva el vehículo, que dicho radio control puede
manejar. Por ejemplo en nuestro dispositivo se utilizan 3 canales del radio control;
dos canales se utilizan para controlar el movimiento de cada par de ruedas y con
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el otro canal el direccionamiento del dispositivo visual (cámara); porque así se
podría sintonizar y obtener una mejor comunicación con el vehículo explorador.
MOTORES
Los motores de tracción, como su nombre lo indica, son aquellos motores que se
seleccionan para proporcionar la suficiente energía mecánica capaz de dar
movimiento al vehículo.
Para esta función se han seleccionado 2 motores con características idénticas,
tanto por estética y diseño del vehículo, además cada motor está destinado para
desarrollar la misma tarea que el otro (cada motor se encarga de mover cada
línea de engranajes, izquierda o derecha).
DISEÑO PARA CONSTRUIR EL SISTEMA MECANICO
En el procedimiento para el diseño, el tamaño y peso del vehículo
explorador, después de realizar las consideraciones anteriores, se
efectúo la fase de la construcción del diseño, y con lo cual, se da
comienzo al diseño del chasis del vehículo, el cual dará soporte tanto a
los motor, como a otros componentes necesarios del diseño; ya que se
contaba con la necesidad de un diseño liviano, pero resistente.
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El chasis presenta en forma de rectangular, con el fin de dar soporte a
todos los componentes del vehículo, como motores, cámara, etc.
Para mantener los motores en posición correcta, con el fin de evitar
desajustes entre rueda y motor, se opto por realizar una sujeción firme
por medio de pernos cuales tendrán un ajuste fuerte con el chasis. Este
diseño es robot explorador móvil, con un sistema de tracción simple por
cada par de ruedas, para una mayor fuerza de su movimiento por el
terreno y se ubicaran en la parte central del vehículo, para que sea
acorde al diseño.
RUEDAS Y DIRECCIÓN
En el diseño de rodamiento del vehículo explorador, las ruedas serán de
un diámetro superior en la parte trasera del chasis del vehículo. El
sistema de direccionamiento del vehículo se ejercerá a partir del sentido
de giro de cada motor, debido a que cada motor ejercerá el movimiento
en cada par de ruedas
SISTEMA DE LA CAMARA INALAMBRICA
Para obtener imágenes del vehículo explorador, se opto por una cámara
inalámbrica (cámara de celular), que tuviera un gran alcance, una Sistema de Control Automático
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buena resolución de video, una comunicación en tiempo real,
económico, fácil de usar y además que se acomode perfectamente a las
dimensiones del vehículo.
La cámara inalámbrica seleccionada en nuestro caso es un celular con
cámara incorporado. Este tipo de cámara (cámara celular) es una
solución práctica, ya además cuenta con conexión inalámbrica
Bluetooth debido a sus características de trasmisión de señal.
MOBIOLA WEBCAM.
Una innovadora herramienta con la que podrás convertir tú móvil en una webcam
inalámbrica. El programa funciona mediante una comunicación cliente-servidor vía
Bluetooth, permitiendo al sistema operativo a detectar la cámara del teléfono
como si se tratase de una webcam conectada físicamente.
La instalación no conlleva ninguna dificultad importante. Basta con instalar ambos
módulos, el servidor en Windows y el cliente en el teléfono, seleccionar un puerto
para la conexión Bluetooth e iniciar la conexión para comenzar a recibir en tu PC
las imágenes capturadas por tu teléfono.
Ya que se comporta realmente como una webcam y Windows la detecta como tal,
se puede utilizar un móvil para realizar videoconferencias a través de un
programa de mensajería instantánea favorito.
En definitiva, Mobiola WebCam es una interesante solución para convertir un
móvil en una webcam sin cables.
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Dado que los teléfonos móviles multimedia que hay hoy en día soportan
reproducir vídeos a gran resolución, entonces ya nada impide convertir todos los
vídeos del ordenador a un móvil. Para ello solo necesitas un programa como
Mobiola Video Studio.
Desde Mobiola Video Studio se puede convertir los vídeos de YouTube, DVD,
Metacafe, Google Video, WMV, AVI, etcétera. Soporta trabajar con los siguientes
formatos: 3GP, MOV, AVI, MPEG, MP4, MKV, FLV, WVE, UV2, 3G2, ASF,
etcétera.
Por defecto, Mobiola Video Studio viene configurado para los siguientes tipos de
dispositivos: BlackBerry, Windows Mobile, Symbian, Java phones, Palm OS, Sony
PSP, Android, iPhone, iPod, etcétera.
CONCLUSIONES
Se realizo un estudio de carácter práctico para dar a conocer la importancia
que tienen los robots exploradores, para evitar poner en riesgos las vidas
humas en tareas muy complicadas donde estos prototipos son de gran
utilidad.
En lo referido a la armazón de la estructura del robot se estudio y evaluó
las mejores opciones para tener una mayor eficiencia en la operación del
movimiento del robot explorador y el dispositivo visual que es muy
importante en las operaciones de investigación para la toma de fotografías,
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videos y lo más importante observar en tiempo real lo que sucede en el
área explorada desde un lugar remoto.
RECOMENDACIONES
Investigar más a fondo la realización de este tipo de robot explorador,
pues con programas sencillos y dispositivos a nuestro alcance se ha
llegado a armar un prototipo.
Implementar estos tipos de dispositivos robot exploradores en nuestro
país seria de mucha importancia e innovación, pues ya que se evitaría
poner en riesgos las vidas de los seres humanos.
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BIBLIOGRAFIA
DISEÑO VEHICULO EXPLORADOR
OSCAR IVAN MORALES SOLANO
ASDRUBAL TOLEDO DUEÑAS
Trabajo de grado para optar al título de ingeniero de diseño y automatización electrónica
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ANEXOS
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