UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

“Diseño e Implementación de un Dispositivo de Reconocimiento Aéreo

utilizando Mecatrónica y Robótica”

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

AUTOR: WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO

TUTOR: ING. DARWIN PATIÑO

GUAYAQUIL – ECUADOR

2014

II

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TÍTULO “ Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando Mecatrónica y

Robótica ”

AUTOR: Walter Gustavo Macao Quichimbo REVISORES: Ing. Darwin Patiño

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales

FECHA DE PUBLICACIÓN: 2014 N° DE PÁGS.: 167

ÁREA TEMÁTICA: Robótica

PALABRAS CLAVES: Uav, Robótica, Mecatrónica, Dispositivo de reconocimiento aéreo

RESUMEN: El diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo es de gran beneficio para la exploración de

pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso ya que supone riesgo para la integridad del hombre o los

costos que ello implica. Explicar en qué consiste el diseño de un dispositivo aéreo, sus ventajas y desventajas,

costo de implementación. La metodología aplicada en el proyecto de investigación fue la bibliográfica y la de

campo, se utilizó la técnica documental y la de campo con sus respectivos instrumentos los cuales fueron: la

ficha bibliográfica, la hemerográfica, el cuestionario que se aplicó a los ciudadanos que pudieren utilizar dicho

dispositivo. El contenido de este proyecto comprende lo que son en sí los dispositivos aéreos, su historia, los

fundamentos de robótica y mecatrónica, las propiedades de los elementos eléctricos y electrónicos, los elementos

físicos a considerar en un vuelo, tipos de tarjetas electrónicas para controlar el vuelo, las aplicaciones que se

pudieran dar a este dispositivo, la implementación del dispositivo sus pruebas de campo con o sin el instrumento

para capturar imágenes.

N° DE REGISTRO(en base de datos): N° DE CLASIFICACIÓN:

Nº

DIRECCIÓN URL (tesis en la web):

ADJUNTO PDF X SI

NO

CONTACTO CON AUTOR: Walter Gustavo Macao Quichimbo

Teléfono:

072421331

E-mail:

tavo_86@live.com

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre: Universidad Estatal de Guayaquil

Teléfono:

III

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO

UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, elaborado por el Sr.

WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO, egresado de la Carrera de Ingeniería

en Sistemas Computacionales, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la

Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Sistemas,

me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en

todas sus partes.

Atentamente

………………………………….

Ing. Darwin Patiño

TUTOR

IV

DEDICATORIA

A mis padres Miguel y Amparito,

quienes con sus consejos, esfuerzo y

dedicación supieron enseñarme el

valor que tiene el estudio y

sembraron en mí el afán de

superarme día a día.

V

AGRADECIMIENTO

A Dios por su infinita bondad y

haberme dado la vida e iluminarme

día a día, a mi tutor Ing. Darwin

Patiño a mi familia que siempre

supieron darme el apoyo

incondicional y a todos mis seres

queridos que de una u otra manera

supieron darme frases de aliento para

seguir adelante.

VI

TRIBUNAL DE GRADO

Ing. Eduardo Santos Baquerizo.

DECANO DE LA FACULTAD

CIENCIAS MATEMÁTICAS Y

FÍSICAS

Ing. Inelda Martillo Alcívar

DIRECTORA

CISC, CIN

Ing. Darwin Patiño.

TUTOR

MIEMBRO DEL TRIBUNAL

Ab. Juan Chávez Atocha

SECRETARIO

VII

.

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE

RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO MECATRÓNICA Y

ROBÓTICA”

Proyecto de tesis de Grado que se presenta como requisito para optar por

el título de INGENIERO en Sistemas Computacionales

Autor: Walter Gustavo Macao Quichimbo

C.I.0105099733

Tutor: Ing. Darwin Patiño

Guayaquil, Agosto del 2014

VIII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor de Tesis de Grado, nombrado por el Consejo Directivo de la

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado la tesis de Grado presentado por el egresado WALTER

GUSTAVO MACAO QUICHIMBO, como requisito previo para optar por el título de

Ingeniero en Sistemas computacionales cuyo problema es:

“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando

mecatrónica y robótica para la exploración en pequeñas áreas de terreno de difícil

acceso del Sistema de riego Manuel de J Calle del Cantón La Troncal, de la Provincia

del Cañar”

Considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

Macao Quichimbo Walter Gustavo C.I.:0105099733

Tutor: Ing. Darwin Patiño

Guayaquil, Agosto del 2014

IX

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

Autorización para Publicación de Tesis en Formato Digital

1. Identificación de la Tesis

Nombre Alumno: Walter Gustavo Macao Quichimbo

Dirección: Peatonal A entre Calle Los Ríos y Calle Manabí, La Troncal-Cañar

Teléfono: 07 2421-331 E-mail: tavo_86@live.com

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales

Título al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales

Profesor guía: Ing. Darwin Patiño

Título de la Tesis: “Diseño e Implementación de un Dispositivo de Reconocimiento

Aéreo utilizando Mecatrónica y Robótica para la exploración en pequeñas áreas de

terreno de difícil acceso del Sistema de riego Manuel de J Calle del Cantón La

Troncal, de la Provincia del Cañar”

Temas de Tesis: Dispositivo de reconocimiento aéreo, aeronáutica, uav, robótica,

mecatrónica

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica de la Tesis

A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de esta

tesis.

Publicación Electrónica:

Inmediata Después de 1 año

Firma del Alumno:

3. Forma de envío:

El texto de la Tesis debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y

.Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.

DVD-ROM CD-ROM X

X

ÍNDICE GENERAL

PORTADA

I

REPOSITORIO II

APROBACIÓN DEL TUTOR III

DEDICATORIA IV

AGRADECIMIENTO V

TRIBUNAL DE GRADO VI

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR VIII

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE TESIS FORMATO DIGITAL IX

ÍNDICE GENERAL X

ÍNDICE DE CUADROS XIV

ÍNDICE DE GRÁFICOS XVII

RESUMEN XX

ABSTRACT XXI

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I.- EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4

UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO 4

SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS 5

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA 7

Causas 7

Consecuencias 8

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 8

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 9

EVALUACIÓN DFL PROBLEMA 11

OBJETIVOS 12

Objetivos Generales 12

Objetivos Específicos 12

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA 13

¿Quiénes serán los beneficiarios? 14

CAPÍTULO II.- MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO 15

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 16

LA ROBÓTICA 17

Definición 17

¿Qué es un robot? 18

ROBÓTICA DE SERVICIO 18

Definición 18

Campos de aplicación de la Robótica de Servicio 18

ROBÓTICA CIVIL 22

Definición 20

MECATRÓNICA 21

Definición 21

FOTOGRAFÍA AEREA y ORBITAL 21

XI

Definición 21

SERVIDOR DE FOTOGRAFÍAS 22

Definición 22

SERVIDOR DE VIDEO 22

Definición 22

STREAMING 24

Definición 24

SIMULADOR DE VUELO 24

Definición 24

RECONOCIMIENTO AÉREO 25

Definición 25

AVIÓN DE RECONOCIMIENTO 26

Definición 26

VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO 27

Definición 27

Historia 28

Componente de un sistema UAV 31

Plataforma Aérea 32

Plataforma Terrestre 32

Aplicaciones de los uavs 32

DISEÑO 40

PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO 40

Aerodinámica 40

Fuerzas que actúan en el vuelo 41

Sustentación 42

Actitud del avión 43

Trayectoria de vuelo 43

Viento relativo 43

Ángulo de incidencia 44

Ángulo de ataque 44

Factores que afectan la sustentación 45

Forma del perfil de ala 45

Superficie Alar 45

Densidad del aire 46

Velocidad del viento relativo 46

Angulo de ataque 46

Peso 48

Centro de gravedad 49

Resistencia 49

Empuje y tracción 50

Ejes de vuelo y sustentación 52

Ejes del avión 52

Eje longitudinal 52

Eje transversal o lateral 52

Eje Vertical 53

CONCEPTOS Y HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO DEL

DISPOSITIVO

54

XII

Mecánica de cuerpos rígidos 54

ARQUITECTURA DEL VEHÍCULO VOLADOR 56

Componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control 58

Fuselaje 58

Alas 60

Acoples para motores 62

Superficie de Mando y control 64

Tren de aterrizaje 64

Grupo motopropulsor 66

Auxiliar, modulo rotación cámara 67

Control de altura y velocidad 70

Mando de gases 71

Sistemas y subsistemas en el dispositivo 71

Sistema Sensor 71

Sensor Inercial 72

Sistema Controlador 72

PLACAS CONTROLADORAS Y COMPONENTES

ELECTRÓNICOS

73

Ardupilotmega Imu Shield /v1.0 73

Características 74

Componentes de la ImuShield/v1.0 77

Altímetro 77

Variometro 77

Indicador de actitud 78

Gps 78

Tarjeta Ardupilot con Atmel 2560 79

Características 80

SISTEMA PROPULSOR 82

Motores brushless 82

Esc (Electronic Speed Controller) 83

Hélices 84

SISTEMA ELÉCTRICO 85

Circuito reductor de corriente 86

Placa de distribución de energía 87

Alarma de batería baja 88

MÓDULO DE CONTROL 88

Módulo de Comunicación 89

Arranque de Motores. 90

IMPLEMENTACIÓN 91

Control, Configuración, Calibración Y Simulación Del

Dispositivo

91

Plataforma para la Configuración Y Calibración del

Dispositivo Aéreo

92

Instalación de firmware 92

MISSION PLANNER 93

Elementos de Mission Planner 93

Fligth Data 93

XIII

Fligth Planner 94

Configuración 95

Configuración Inicial 96

Simulación 97

Terminal 98

FUNDAMENTACIÓN LEGAL 100

HIPÓTESIS 101

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 102

DEFINICIONES CONCEPTUALES 103

CAPÍTULO III.- METODOLOGÍA

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 105

MODALIDAD DE LA INVESTIGACIÓN 105

Tipo de investigación 106

POBLACIÓN Y MUESTRA 108

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 111

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 112

Validación 116

PROCEDIMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 116

RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 118

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS 118

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA 130

CAPÍTULO IV.- MARCO ADMINISTRATIVO

CRONOGRAMA 131

PRESUPUESTO 133

CAPÍTULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES 136

RECOMENDACIONES 139

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

XIV

ÍNDICE DE CUADROS CUADRO Nº 1

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 9

CUADRO Nº 2

TIPOS DE DISPOSITIVOS DE RECONOCIMIENTO AÉREO

SEGÚN SU TECHO Y ALCANCE MÁXIMO.

37

CUADRO Nº 3

LED´S INDICADORES EN LA PLACA IMU SHIEL V1.0

74

CUADRO Nº 4

LED INDICADORES EN LA PLACA ARDUPILOT ATMEL 2560 80

CUADRO Nº 5

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 102

CUADRO Nº 6

DEFINICIONES CONCEPTUALES 105

CUADRO Nº 7

TAMAÑO DE LA POBLACIÓN 108

CUADRO Nº8

POBLACIÓN DEPARTAMENTO DE CATASTRO Y USUARIOS

SISTEMA DE RIEGO

109

CUADRO Nº 9

MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 111

CUADRO Nº 10

TÉCNICAS E INSTRUMENTOS 113

CUADRO Nº 11

PRIMERA PREGUNTA 120

CUADRO Nº 12

SEGUNDA PREGUNTA 121

CUADRO Nº 13

TERCERA PREGUNTA 122

CUADRO Nº 14

CUARTA PREGUNTA 123

CUADRO Nº 15

QUINTA PREGUNTA 124

CUADRO Nº 16

SEXTA PREGUNTA 125

XV

CUADRO Nº 17

SÉPTIMA PREGUNTA 126

CUADRO Nº 18

OCTAVA PREGUNTA 127

CUADRO Nº 19

NOVENA PREGUNTA 128

CUADRO Nº 20

DÉCIMA PREGUNTA 129

CUADRO Nº 21

CRONOGRAMA 131

CUADRO Nº 22

EGRESOS 133

CUADRO Nº 23

INGRESOS 134

CUADRO Nº 24

EQUIPOS 134

CUADRO Nº 34

MATERIALES 135

CUADRO Nº 35

TRANSPORTE 135

XVI

ÍNDICE DE GRÁFICOS GRÁFICO Nº 1

Diagrama con todas las posibilidades de comunicación en tiempo real de los

UAVs.

33

GRÁFICO Nº 2

Fuerzas que actúan en el vuelo 40

GRÁFICO Nº 3

Perpendicularidad de la sustentación 40

GRÁFICO Nº 4

Trayectoria de vuelo y viento relativo 41

GRÁFICO Nº 5

Angulo de incidencia 42

GRÁFICO Nº 6

Coeficiente de sustentación 44

GRÁFICO Nº 7

Dirección y sentido del peso.

46

GRÁFICO Nº 8

Dirección y sentido de la resistencia

47

GRÁFICO Nº 9

Dirección y sentido de empuje 48

GRÁFICO Nº 10

Ejes de vuelo y sustentación 51

GRÁFICO Nº 11

Esquema de funcionamiento de un Quadrotor

52

GRÁFICO Nº 12

Esquema de configuración de un Quadrotor

54

GRÁFICO Nº 13

Esquema de estructura de un quadrotor

55

GRÁFICO Nº 14

Esquema de estructura de control en tierra

56

GRÁFICO Nº 15

Placa principal en la estructura del dispositivo. 58

GRÁFICO Nº 16

Aluminio tubular cuadrado para brazos

59

XVII

GRÁFICO Nº 17

Corte frontal del material utilizado

59

GRÁFICO Nº 18

Esquema de la ubicación de motores

60

GRÁFICO Nº 19

Esquema piezas que fijan los motores

61

GRÁFICO Nº 20

Ubicación del tren de aterrizaje en el dispositivo

63

GRÁFICO Nº 21

Componente tren de aterrizaje

64

GRÁFICO Nº 22

Ejes de rotación de la cámara a bordo 65

GRÁFICO Nº 23

Eje de rotación sobre X 66

GRÁFICO Nº 24

Eje de rotación sobre Y 66

GRÁFICO Nº 25

Esquema del servo motor utilizado para la rotación 67

GRÁFICO Nº 26

Ardupilotmega imu shield / v1.0 74

GRÁFICO Nº 27

Modulo GPS

77

GRÁFICO Nº 28

Esquema de la placa Ardupilot con Atmel 2560 79

GRÁFICO Nº 29

Motores electrico Brusheless

81

GRÁFICO Nº 30

Circuito control electrónico de velocidad

81

GRÁFICO Nº 31

Hélices para la propulsión

83

GRÁFICO Nº 32

Esquema circuito reductor de corriente

85

GRÁFICO Nº 33

Componentes del sistema de control dispositivo 88

XVIII

GRÁFICO Nº 34

Vista frontal- posterior, distribución de controles en el módulo

transmisor

90

GRÁFICO Nº 35

Dinámica de Operación

91

GRÁFICO Nº 36

Esquema de Calibración y configuración 92

GRÁFICO Nº 37

Ventana de datos de vuelo(Flight data) 94

GRÁFICO Nº 38

Ventana del plan de vuelo (solo con modulo telemetría) 95

GRÁFICO Nº 39

Ventana para la configuración Inicial (frimware) 96

GRÁFICO Nº 40

Ventana para la configuración especial (parámetros vuelo y sensores) 97

GRÁFICO Nº 41

Ventana para la simulación vuelo 98

GRÁFICO Nº 42

Consola terminal ambiente D.O.S 105

GRÁFICO Nº 43

PRIMERA PREGUNTA 120

GRÁFICO Nº 44

SEGUNDA PREGUNTA 121

GRÁFICO Nº 45

TERCERA PREGUNTA 122

GRÁFICO Nº 46

CUARTA PREGUNTA 123

GRÁFICO Nº 47

QUINTA PREGUNTA 124

GRÁFICO Nº 48

SEXTA PREGUNTA 125

GRÁFICO Nº 49

SÉPTIMA PREGUNTA 126

XIX

GRÁFICO Nº 50

OCTAVA PREGUNTA 127

GRÁFICO Nº 51

NOVENA PREGUNTA 128

GRÁFICO Nº 52

DÉCIMA PREGUNTA 124

XX

.

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo

utilizando Mecatrónica y Robótica”

Autor: Walter Gustavo Macao Quichimbo

Tutor: Ing. Darwin Patiño

RESUMEN

El diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo es de sumo beneficio para las

diferentes áreas de productividad dentro del plano local tanto para el sector público

como privado. Explicar en qué consiste el diseño de un dispositivo aéreo, sus ventajas

y desventajas, costo de implementación. La metodología aplicada en el proyecto de

investigación fue la bibliográfica y la de campo, se utilizó la técnica documental y la

de campo con sus respectivos instrumentos los cuales fueron: la ficha bibliográfica, la

hemerográfica, el cuestionario que se aplicó a los ciudadanos que pudieren utilizar

dicho dispositivo. El contenido de este proyecto comprende lo que son en sí los

dispositivos aéreos, su historia, los fundamentos de robótica y mecatrónica, las

propiedades de los elementos eléctricos y electrónicos, los elementos físicos a

considerar en un vuelo, tipos de tarjetas electrónicas para controlar el vuelo, las

aplicaciones que se pudieran dar a este dispositivo, la implementación del dispositivo,

sus pruebas de campo con o sin el instrumento para capturar imágenes.

Palabras claves: Dispositivo de reconocimiento aéreo, uav, aeronáutica, robótica,

mecatrónica.

XXI

.

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo

utilizando Mecatrónica y Robótica”

ABSTRACT

Designing a reconnaissance device is of great benefit to the different areas of

productivity within the local level for both the public and private sectors. Explain

what the design of an aerial device, its advantages and disadvantages, cost of

implementation. The methodology applied in the research project was the literature

and field, documentary technique was used and the field with their instruments which

were: the bibliographic record, the newspaper archives, the questionnaire was applied

to citizens that may use that device. The content of this project involves are aerial

devices itself , its history , the fundamentals of robotics and mechatronics , electrical

properties and electronic elements , physical elements to consider in a flight, types of

electronic cards to control flight applications that could give this device , the device

implementation their field tests with or without the instrument to capture images.

Keywords: aerial reconnaissance device, uav, aeronautics, robotics, mechatronics.

1

INTRODUCCIÓN

La presente tesis tiene como objetivo fundamental el diseño de gran parte de un

dispositivo de reconocimiento aéreo no tripulado que va a ser utilizado para la

exploración y como fuente de recolección de datos, estos datos estarán presentes en

imágenes estáticas (fotografías) e imágenes en movimiento en tiempo real (Audio y

Video), estos datos recolectados serán utilizados por diferentes campos.

Este dispositivo a quien hemos denominado DRA-EC brindará un gran aporte a la

manera en la cual se recolecta la información reduciendo de gran manera los gastos

que genera hoy en día el levantamiento de información desde una determinada zona,

ya sea por la poca accesibilidad a determinada zona o bien sea por el alto coste que

esto implica.

En la actualidad existen diferentes proyectos en desarrollo y perfección que apoyan a

esta recolección de datos y levantamiento de la información de una manera más ágil y

sin representar altos costes.

En muchos países se está desarrollando esta novedosa y sofisticada técnica para

levantar información en tiempo real, aplicando conceptos y conocimientos de

Electrónica, Computación, Aeronáutica, Robótica, Telemetría, estos países han estado

por décadas ejecutando investigaciones y desarrollando prototipos que nos permitan

desde la comodidad de nuestro escritorio o puesto de mando obtener datos de alta

confiabilidad y en tiempo real

2

El desarrollo e investigación en estos campos está reflejado en la implementación del

DRA-EC (Dispositivo de Reconocimiento Aéreo), el mismo que utiliza muchos

componentes del proyecto de Desarrollo de Hardware libre Arduino.

La investigación, uso de estas herramientas diferentes con placas de sensores y

control han brindado un gran aporte de fácil asequibilidad para desarrollar sistemas

sofisticados multipropósito como el desarrollado en la presente tesis.

El Capítulo I trata sobre el problema, el planteamiento, la ubicación del problema en

el contexto, Situación Conflicto, Causas del problema, Consecuencias, Delimitación

del Problema, Formulación del problema, Evaluación del Problema, Solución,

Objetivos de la investigación, Justificación e importancia de la investigación, Quienes

serán los beneficiarios. En el Capítulo II se tratara todo lo referente al Marco

Teórico, Fundamentación teórica, conceptos de robótica y mecatrónica, definiciones

de fotografía aérea, servidor de fotografías, servidor de video que es el

reconocimiento aéreo y lo que es un avión de reconocimiento aéreo, su historia su

desarrollo a lo largo de la historia y sus aplicaciones además de conceptos

fundamentales que se deberán implementar como son: principios para el diseño de

aeronaves, componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control para

el dispositivo, las placas controladoras necesarias y los diferentes sistemas y módulos

necesarios para desarrollar y llevar a cabo el tema implícito en esta tesis, que trata de

diseñar algunas partes de un dispositivo de reconocimiento aéreo a quien hemos

denominado DRA-EC e implementarlo.

3

En el Capítulo III consta sobre la Metodología Aplicada, el diseño de la

investigación, modalidad de la investigación, tipos de investigación, Población y

muestra, Operacionalización de Variables, Instrumentos de recolección de datos,

características de los instrumentos, descripción del instrumento, validación,

procedimientos de la investigación, recolección de la información.

El Capítulo IV hace referencia al Marco Administrativo que consta del cronograma

del proyecto y sobre el presupuesto que se tuvo para la realización del proyecto. En el

Capítulo V describe las conclusiones y recomendaciones finales del proyecto

realizado.

4

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La sociedad actual crece a pasos agigantados necesitando día a día poseer

información real de determinada situación, agrícola, ecológica de un determinado

lugar, razón por la cual se ve la necesidad de diseñar e implementar un dispositivo

de reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y robótica, que permita explorar,

fotografiar y videograbar pequeñas áreas de difícil acceso, bien sea por las

características del área u otros motivos para detectar problemas presentes en estas

áreas y brindar una solución inmediata.

UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO

La recolección de datos que ayuden a tener una visión clara sobre la problemática

existente en un área determinada de difícil acceso, conlleva que la adquisición de la

información sobre esta área requiera de logística, inversión de mucho tiempo y

recursos económicos para trasladarse hasta el lugar donde se suscita el problema.

La necesidad de realizar ágilmente un trabajo de reconocimiento de determinada área

de difícil acceso rural de la ciudad para tener una vista preliminar de la situación o

problemática existente en zonas de difícil acceso del Sistema de Riego Manuel de J

Calle del Cantón La Troncal, hace imperiosa la implementación de un dispositivo de

5

reconocimiento que cumpla y agilicen estas tareas y que no represente un alto costo

económico y logístico cada vez que se requiera.

El problema nace en que el Sistema de Riego Manuel de J Calle no cuenta con ningún

tipo de tecnología o dispositivo que les ayude a realizar las tareas de exploración en

pequeñas zonas que son de difícil acceso de forma automatizada y se sigue utilizando

el reconocimiento visual de campo como mecanismo tradicional para obtener una

visión de lo que sucede en esta pequeña zona.

Para la facilitación de estas tareas de exploración y observación, la ciencia y la

tecnología nos ayudan desarrollando nuevas técnicas, inventando, diseñando e

implementando ciertos dispositivos tecnológicos que mejoran eficazmente la

recolección de datos mediante la exploración visual.

SITUACIÓN DE CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS

Los problemas surgen al no poseer herramientas e instrumentos tecnológicos

modernos como:

Reconocimiento aéreo: El reconocimiento aéreo es la inspección

desde el aire de determinadas zonas, normalmente requerido en labores de

espionaje y de inspección sobre determinadas áreas de terreno.

La Fotogrametría: La fotogrametría es una técnica para determinar

las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales de

seres vivos a partir de imágenes fotográficas. Puede ser de corto o largo

6

alcance. La palabra fotogrametría deriva del vocablo "fotograma" (de "phos",

"photós", luz, y "gramma", trazado, dibujo), como algo listo, disponible (una

foto), y "metrón", medir. Por lo que resulta que el concepto de fotogrametría

es: "medir sobre fotos".

Fotogrametría digital: Con la aparición de los ordenadores, se

sustituye la imagen analógica por la imagen digital, del mismo modo que se

empiezan a utilizar programas informáticos. En la actualidad la fotogrametría

digital convive con la analítica.

Fotogrametría aérea: Es cuando las estaciones se encuentran en el

aire. Se aplica para la elaboración de planos y/o mapas para el desarrollo de

proyectos de ingeniería.

Rayos Laser: Un láser (de la sigla inglesa LASER: Light Amplification

by Stimulated Emission of Radiation) (amplificación de luz por emisión

estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la

mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de

luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza

controlados.

Escaner 3D: Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o

el ambiente físico para reunir los datos de su forma y ocasionalmente su color.

Los datos completos entonces se pueden usar para construir modelos digitales

tridimensionales que se usan en una amplia variedad de aplicaciones.

Estas herramientas tecnológicas facilitan el trabajo de levantamiento de información.

7

Tales circunstancias de carencia tecnológica hacen que la realización de esta tarea

requiera inversión de más tiempo y otros recursos para la correcta realización de los

trabajos de reconocimiento para obtener datos.

El diseño e implementación del dispositivo de reconocimiento aéreo ayudara al

sistema de Riego Manuel de J calle, para realizar las tareas de observación y

exploración de pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso o representan

peligro para la integridad de las personas encargadas actualmente actividades y que

realizan un sondeo de la situación actual de estas áreas de difícil acceso. Con este

dispositivo se obtendría datos con mayor precisión y con mayor rapidez que la

observación directa de un área en estudio.

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA

Causas

Las razones por las que estas tareas no se desarrollan con rapidez y requieren mucha

inversión de tiempo tiene motivos como:

Falta de iniciativa para adquisición de instrumentos modernos.

Poco interés por mejorar y dar mayor velocidad en la realización de

tareas de reconocimiento y observación.

Altos costes que implica el reconocimiento aéreo mediante la

utilización de vehículos aéreos tripulados.

8

Utilización de vehículos aéreos tripulados lo cual implica la inversión

de tiempo y dinero en la adquisición o renta de estos vehículos para realizar

estas tareas de reconocimiento.

Recursos tecnológicos insuficientes tales como equipos UAV y/o

prototipos para la realización de tareas de reconocimiento y recolección de

datos.

Consecuencias

Los problemas del no contar con este tipo de dispositivo para realizar estos trabajos

que requieren tener una inversión de tiempo y dinero al realizarse de la manera

tradicional de la zona trae consecuencias como:

Retraso en la realización de algún trabajo ya que no se ha hecho el

estudio del área respectiva.

Reconocimiento poco detallado e impreciso ya que el ser humano

puede olvidar ciertos detalles que se debían tomar en consideración.

Accesibilidad limitada a determinada área debida a diferentes

circunstancias y o condiciones de una zona específica.

Estudio técnico limitado o con pocos detalles.

9

CUADRO Nº1

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA

CAMPO Robótica de servicio

AREA Robótica

ASPECTO Educativo

TEMA Diseño e implementación de un dispositivo de

reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y

robótica.

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo incide el diseño e implementación de un Dispositivo de Reconocimiento

aéreo utilizando mecatrónica y robótica en la observación de pequeñas áreas de

difícil acceso de la Asociación de usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle

del Cantón La Troncal, Provincia del Cañar?

En el Sistema de Riego Manuel de J Calle no cuenta con herramientas tecnológicas

que faciliten tareas de observación de áreas de difícil acceso por lo que es necesario

implementar un dispositivo no tripulado que mediante una cámara haga estas tareas

de reconocimiento, dando mayor agilidad a tareas que han sido tradicionalmente

realizadas por los seres humanos.

10

Dicho dispositivo debería mejorar las actividades de exploración, brindando así la

comodidad que implica no trasladarse al lugar físicamente para obtener datos de

forma precisa y detallada.

La trascendencia de este proyecto, estará dado por el diseño e implementación de un

dispositivo de reconocimiento aéreo para la recolección de datos sobre áreas que son

de difícil acceso.

Es de suma importancia determinar el impacto de dicho dispositivo ya que la

tecnología está avanzando a pasos acelerados y es necesario hacer uso de ella para la

agilización de tareas o la solución de una determinada problemática.

Se aplicará la investigación documental con el fin de tener un conjunto de ideas o

conceptos sobre el objeto de estudio mediante la recopilación de información. Para

realizar la recopilación de información se efectuará la técnica de observación.

Se realizarán encuestas a los funcionarios de dos instituciones públicas sobre las

herramientas que utilizan para sus labores diarias y la aplicación de este dispositivo.

Utilizará las fuentes de información primarias como son los textos, revistas,

periódicos, sitios web, etc., para la explicación de lo que es un dispositivo de

reconocimiento aéreo, su estructura, tipos de dispositivos aéreos, su costo y

viabilidad.

11

Para explicar lo que es un dispositivo de reconocimiento aéreo, se utilizarán

conceptos claros, y se explicarán los campos de observación que se utilizaron para

diseñar las partes del dispositivo. También se usará el software Mission Planner para

la carga del software, calibración del dispositivo, test de sensores y pruebas de

funcionamiento.

El motivo de este trabajo de investigación y la implementación del dispositivo tiene

como principales beneficiarios a la sociedad civil en general para dotarles de

información, clara, precisa y veraz.

EVALUACIÓN DEL PROBLEMA

Delimitado: El problema consiste en la temática actual pues la Asociación de

usuarios del Sistema de riego Manuel de J Calle no cuenta con tecnología adecuada

para realizar tareas de exploración de áreas de terrenos de difícil acceso.

Claro: El problema está redactado en forma precisa, fácil de comprender e identificar

con ideas concisas.

Evidente: El problema que tiene la Asociación de usuarios del Sistema de Riego

Manuel de J Calle tiene manifestación clara y observable.

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Relevante: El problema es importante para la comunidad agropecuaria porque va a

contribuir a la agilización de procesos mediante la inclusión de nuevas herramientas

tecnológicas para la observación.

Original.- El tema propuesto como tal no ha sido tratado por otros investigadores y

por lo tanto es original.

Factible: La utilidad del tema contribuye al mejoramiento de la información que

proporcione la Asociación de usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle dando

una herramienta tecnológica de gran utilidad.

ALCANCES

El área de cobertura para el presente proyecto de tesis comprende una superficie de

exploración de 4500 metros cuadrados, que comprenden áreas pequeñas de

exploración.

LIMITACIONES

La eficiencia activa del dispositivo de reconocimiento aéreo, es el mayor limitante, ya

que su batería tiene una duración de entre 8 a 12 minutos.

Los materiales con los que se construirá el dispositivo serán los presentes en el

medio.

Solo se utilizara en días soleados, en la época seca del el año.

Componentes electrónicos

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OBJETIVOS

Objetivos Generales

Establecer el impacto que tendrá el diseño e implementación del

dispositivo de reconocimiento aéreo utilizando mecatrónica y robótica en la

exploración de áreas pequeñas de difícil acceso para la recolección de datos.

Incentivar a seguir perfeccionando este dispositivo mediante su

utilización para mejorar su infraestructura y tecnología.

Objetivos Específicos

Diseñar un dispositivo de reconocimiento aéreo basándose en diseños

anteriores de otras instituciones, estableciendo sus cualidades y

estudiando las mejores características que deberá poseer.

Implementar el dispositivo diseñado basándose en la arquitectura de

hardware libre utilizada para construir el proyecto.

Explicar los conceptos de mecatrónica, robótica sus aplicaciones y la

ayuda que brindan estas dos ciencias para el desarrollo de este tipo de

dispositivos de reconocimiento aéreo.

Estudiar los dispositivos electrónicos de la plataforma de hardware libre

Arduino y las variantes para construir estos dispositivos voladores.

Obtener información, estudiando la estructura o arquitectura de esta

placa con el fin de tener una visión clara sobre la verdadera capacidad o

potencial en la mecatrónica y la robótica.

14

Identificar e incursionar en el entorno de programación y configuración

de la plataforma Mission Planner.

Diseñar y construir una interface de control para este dispositivo que sea controlada por la computadora.

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

El proyecto que se va a desarrollar tiene como finalidad diseñar e implementar un

dispositivo de reconocimiento aéreo que ayude a resolver en parte los problemas en

la exploración, observación y recolección de datos de pequeñas zonas de terreno

determinadas y que por sus características son de difícil acceso para el hombre o

representan peligro a su integridad física por lo cual resulta muy beneficioso.

El dispositivo de reconocimiento aéreo es de gran ayuda para las tareas de

reconocimiento en áreas de difícil acceso por las características demográficas de

ciertas zonas ya que por tal motivo el acceso a esa zona por otras vías no sea factible

y la mejor opción sea el reconocimiento aéreo no tripulado por lo cual no requerirá

ningún costo adicional.

En este proyecto se hará un estudio del impacto que causaría este dispositivo para

estimular un cambio en la manera de desarrollar las actividades que se han venido

realizando con metodología antigua con sus riesgos y limitantes.

15

¿Quiénes serán los beneficiarios?

Quienes se beneficiarán con la aplicación de este dispositivo en su campo de acción

serán los usuarios que tengan acceso a este dispositivo, en este caso la Asociación de

usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle pues este dispositivo seriá una gran

herramienta para optimizar su trabajo.

Esta tecnología puede proveer soluciones innovadoras a problemas tradicionales,

como los altos costos de la observación directa y el esfuerzo físico de los

funcionarios de esta institución.

Este proyecto representara una base para que se siga desarrollando y se apliquen más

campos de acción y utilidades, así como la creación de nuevas modalidades de

investigación, recolección y procesamiento de datos, para que en un futuro los

próximos egresados de la carrera puedan profundizar más sobre el tema y desarrollar

nuevas herramientas tecnológicas.

16

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

La siguiente tesis está planteada en base a otras investigaciones relacionadas con el

estudio de los sistemas de vigilancia que hacen uso de dispositivos de reconocimiento

aéreo no tripulados, como referencia podemos citar el proyecto realizado en la

Universidad de Massachusetts en la cual se remonta a hablar de los aviones no

tripulados que son controlados por un enlace que sirve de comunicación entre el

controlador y el dispositivo.

El interés por los dispositivos de reconocimiento aéreo despertó varios años atrás,

pues, no se hace necesario la intervención del ser humano dentro de la aeronave. Al

no llevar dentro de la aeronave un piloto hace posible aeronaves más pequeñas y

menos potentes. Todo esto posibilita, realizar misiones peligrosas, en entornos

hostiles, bajo condiciones climatológicas adversas. Superando límites físicos como

volar a gran altura, largas jornadas de vuelo y grandes velocidades que no soportaría

un ser humano dentro de la aeronave.

Estos dispositivos de reconocimiento aéreo no tripulados son objeto de estudio en

muchos países desarrollados, como una alternativa de bajo costo de gran eficacia y

potencia, desarrollada actividades de reconocimiento sobre determinada zona y

proporcionando información verídica y en tiempo real..

17

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

La Tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE

RECONOCIMIENTO AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y

ROBÓTICA”, tiene como finalidad primordial el diseño de un dispositivo aéreo

tele-operado que permita reconocer visualmente cierta zona con la captura, envío y

recepción de imágenes y video.

En ese tema se tratarán temas como el modelismo, mecatrónica, robótica y aspectos

importantes y puntuales de aeronáutica en la creación y diseño de una estructura más

ligera y que ayude a obtener una sustancial elevación en la carga útil de este

dispositivo. En este proyecto estudiaremos los componentes del fuselaje del

dispositivo, los componentes electrónicos, de navegación, diseños posibles para su

vuelo, sus costos, etc.

Al mismo tiempo, se hablará de la utilización de la plataforma para la carga de código

e instrucciones al dispositivo, además de la plataforma de hardware libre ARDUINO

especialmente enfocándonos en dos tarjetas electrónicas para el control y gestión de

sensores bajo licencia GPU. Se hablará del diseño e implementación del dispositivo

de reconocimiento aéreo, sus componentes estructurales de hardware, electrónica,

estructura aerodinámica, coordinación de movimientos. Para ello utilizaremos el

software Solid Edge, que es una herramienta para la realización del diseño de

diferentes piezas estructurales, tanto en tres dimensiones como en plano.

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El tema de tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE

RECONOCIMIENTO AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y

ROBÓTICA”, consta de los siguientes capítulos:

CAPÍTULO I.- EL PROBLEMA

CAPÍTULO II.- MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO III.- METODOLOGÍA

CAPÍTULO IV.- MARCO ADMINISTRATIVO

CAPÍTULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

LA ROBÓTICA

Definición

La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño,

manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas disciplinas

como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la

ingeniería de control. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los

autómatas programables y las máquinas de estados. (Fundación Wikimedia,

www.wikipedia.org, 2014)

El término robot se popularizó con el éxito de la obra RUR (Robots Universales

Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra,

la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés como

robot. (Fundación Wikimedia, www.wikipedia.org, 2014)

19

¿Qué es un robot?

Un robot es una máquina diseñada para ejecutar una o más tareas varias veces, con

velocidad y precisión. Un robot puede ser controlado por un operador humano, a

veces desde una gran distancia. Pero la mayoría de los robots son controlados por la

computadora.

Existen diferentes tipos de robot y clasificación depende de la utilidad o fin para el

que fue diseñado.

ROBÓTICA DE SERVICIO

Definición

Es la parte de la Ingeniería que se centra en el diseño y construcción de máquinas

capaces de proporcionar servicios directamente a los miembros que forman sociedad.

La robótica de servicio es aplicable a diferentes campos de acción según sea su

necesidad de aplicación. (RoboticSpot, 2011)

Campos de aplicación de la Robótica de Servicio

Robots de campo: aplicaciones en agricultura, ganadería (ordeño),

forestal, minería, espacio,...

Limpieza profesional: limpieza de suelos, ventanas y paredes,

tanques y tuberías, piscinas,...

Sistemas de inspección y mantenimiento: alcantarillas, tanques,

tuberías.

20

Construcción y demolición: desmantelamiento y demolición en

instalaciones nucleares, construcción de edificios,...

Sistemas logísticos: robots de mensajería y correo, AGVs en fábricas

y almacenes, transportes autónomos,...

Robótica médica: sistemas de diagnóstico, ayuda en cirugía (cirugía

mínimo invasiva), sistemas de rehabilitación.

Aplicaciones de defensa, rescate y seguridad: robots antiminas o

desminado, robots contraincendios, robots de vigilancia y seguridad,

vehículos aéreos sin tripulación, vehículos terrestres sin tripulación.

Sistemas submarinos.

Plataformas móviles de uso genérico.

Brazos robóticos de uso genérico.

Robots relaciones públicas: robots en hoteles y restaurantes, robots

guía, robots para marketing.

Robots de propósito especial: robots en estaciones de servicio,...

Robots para tareas domésticas: aspiradores, limpieza de suelos.

Robots de entretenimiento: juguetes, como hobby, robots educativos.

Asistencia a discapacitados: sillas de ruedas robotizadas,

rehabilitación personal.

Transporte de personas.

Seguridad y vigilancia en el hogar y humanoides.

(roboticadeservicios, 2011)

21

ROBÓTICA CIVIL

Definición

La robótica civil es un sub área de la robótica de servicio que intenta diseñar y

desarrollar robots que permitan realizar servicios útiles para proteger a la población

civil. (Robotica, 2014)

El uso de los robos destinados a la sociedad civil cada día crece y se ven en todas

partes en la actualidad constituyen para algunos países desarrollados razón de

investigación y por ello se destinan parte de su presupuesto en el desarrollo de estos.

Las tareas más comunes para los que son utilizados estos robots son:

Inspección y mantenimiento de infraestructuras.

Vigilancia de grandes superficies para la prevención de catástrofes

naturales.

Inspección de desastres y situaciones de emergencia

Rescate de personas

Seguridad ciudadana

Vigilancia de fronteras, costas y aeropuertos

Aplicaciones militares.

Robots de rescate y lucha contra el fuego

22

MECATRÓNICA

Definición

El concepto de mecatrónica nace en la industria electrónica de Japón a finales de los

sesentas y ha sido adoptada como parte fundamental en el diseño y manufactura de

productos en Asia y la mayor parte de Europa. La mecatrónica se puede definir como

un sistema de tecnologías que integra procesos mecánicos y eléctricos a través de

sistemas de control y tecnologías de información. mecatrónica es otra forma de decir

“sistemas mecánicos inteligentes”. (Yanire, 2014)

FOTOGRAFÍA AÉREA Y ORBITAL

Definición

La fotografía aérea supone un análisis de la superficie terrestre mediante el empleo de

máquinas fotográficas instaladas a bordo de diversos medios aéreos. Encuentra

aplicaciones en el campo de la investigación arqueológica o geológica, así como en

agricultura para recabar información sobre la naturaleza de los terrenos y la extensión

de los cultivos, o en el campo militar para obtener información sobre objetivos

estratégicos. En arqueología se utiliza como método de prospección del subsuelo para

descubrir estructuras en el subsuelo sin necesidad de excavar. La fotografía orbital

permite la obtención de imágenes de altura muy superior a aquellas propias de la

fotografía aérea, de la cual constituye una extensión, mediante aparatos fotográficos

situados sobre vehículos espaciales o satélites en órbita en torno a la Tierra. Entre sus

23

varias aplicaciones cabe señalar los estudios meteorológicos, la investigación sobre la

contaminación de los mares o sobre los recursos naturales. (Fotografía, 2013)

SERVIDOR DE FOTOGRAFÍAS

Definición

Un servidor de fotografías es un dispositivo que tiene y posee la capacidad de

almacenar, clasificar y poner a disposición las imágenes de cámaras de seguridad,

cámaras web, cámaras digitales y otros medios diferentes para captura de imágenes,

para su posterior análisis y procesamiento que se le puedan dar a dichas imágenes.

SERVIDOR DE VIDEO

Definición

Los servidores de video ( del inglés: Video Server / IP Video Server ) son

dispositivos creados para permitir la transición tecnológica entre los sistemas

análogos de vigilancia conocidos como CCTV ( Circuito Cerrado de Televisión ) y

las nuevas formas de Vigilancia conocidas como Vigilancia IP.

Los Sistemas de Vigilancia IP, son aquellos en que las imágenes y audio capturados

por las cámaras y micrófonos, se comprimen y transmiten por una red de datos Local

o Internet ( LAN / WAN ) y pueden ser accedidos desde uno o varios puntos en

cualquier lugar del mundo mediante computadoras convencionales ( o hardware

especialmente diseñado ) para descomprimir los datos, visualizarlos, analizarlos,

grabarlos, incluso generar acciones de manera automática en respuesta a diferentes

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eventos pre-definidos o a voluntad de un operador. Visto de forma simplificada y

enfocándonos en su funcionalidad, los Servidores de Vídeo permiten "convertir" una

Cámara Análoga convencional en una Cámara IP o Cámara de red. Esto puede ser

muy útil sobre todo para usuarios que han hecho grandes inversiones en equipamiento

análogo, desean hacer la transición a Vigilancia IP, pero prefieren aprovechar las

cámaras que ya tienen instaladas. (Fundación Wikimedia I. , 2013)

STREAMING

Definición

El streaming es la distribución de multimedia a través de una red de computadoras de

manera que el usuario consume el producto al mismo tiempo que se descarga. La

palabra streaming se refiere a que se trata de una corriente continua (sin interrupción).

Este tipo de tecnología funciona mediante un búfer de datos que va almacenando lo

que se va descargando para luego mostrarse al usuario. Esto se contrapone al

mecanismo de descarga de archivos, que requiere que el usuario descargue los

archivos por completo para poder acceder a ellos. (Fundación Wikimedia I. ,

www.wikipedia.org, 2012)

SIMULADOR DE VUELO

Definición

Un simulador de vuelo es un sistema que intenta replicar, o simular, la experiencia de

volar una aeronave de la forma más precisa y realista posible. Los diferentes tipos de

25

simuladores de vuelo van desde videojuegos hasta réplicas de cabinas en tamaño real

montadas en accionadores hidráulicos (o electromecánicos), controlados por sistemas

modernos computarizados, los simuladores de vuelo son muy utilizados para el

entrenamiento de pilotos en la industria de la aviación, el entrenamiento de pilotos

militares, simulación de desastres o fallas en vuelo y desarrollo de aeronaves.

(Salazar, 2014)

RECONOCIMIENTO AÉREO

Definición

El reconocimiento aéreo es la inspección desde el aire de determinadas zonas

mediante aviones de reconocimiento o vehículos aéreos no tripulados. Sus funciones

consisten en recoger inteligencia de imágenes, inteligencia de señales e inteligencia

de medidas. Normalmente requerido en labores de espionaje sobre potencias

enemigas al que lo realiza, se empezó a utilizar en la Primera Guerra Mundial.

Comúnmente en la actualidad se usan para la cartografía. (Fundación Wikimedia,

2013)

Se define al reconocimiento aéreo como una encuesta que se realiza desde el aire, los

aviones son comúnmente utilizados para reconocimientos aéreos, pero también es

posible utilizar los helicópteros y globos de aire caliente. En el inicio de la inspección

aérea, la gente identifica el objetivo, incluida la zona a cubrir, y confirman que las

condiciones climáticas son favorables. El clima por lo general tiene que ser claro, con

26

vientos de baja intensidad, de modo que la visibilidad es buena y la ruta de

reconocimiento aéreo no necesita ser modificado para dar cabida a la intemperie.

AVIÓN DE RECONOCIMIENTO

Definición

Las aeronaves de vigilancia o de reconocimiento son aeronaves militares y civiles

usadas para monitorizar la actividad enemiga, normalmente desprovistas de

armamento. En los últimos años estos dispositivos han incursionado en la actividad

de la aviación civil en el reconocimiento, vigilancia de la tierra para cartografía,

monitorización del tráfico, estudios geológicos y científicos. Además, en muchos

países se utilizan aeronaves civiles para vigilancia de fronteras, para patrulla marítima

o para prevención de contrabando y migración ilegal. (Fundación Wikimedia I. ,

www.wikipedia.org, 2013)

Este tipo de aeronaves de vigilancia no poseen capacidades de alto rendimiento ni alta

tecnología pues cualquiera puede montar en un avión de juguete una cámara abordo

que le permita la observación y exploración.

VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO

Definición

Un vehículo aéreo no tripulado, UAV por siglas en inglés (Unmanned Aerial

Vehicle), o sistema aéreo no tripulado, UAS (Unmanned Aerial System), conocido en

27

castellano por sus siglas como VANT, es una aeronave que vuela sin tripulación

humana a bordo. Son usados mayoritariamente en aplicaciones militares. Para

distinguir los UAV de los misiles, un UAV se define como un vehículo sin

tripulación reutilizable, capaz de mantener un nivel de vuelo controlado y sostenido,

y propulsado por un motor de explosión o de reacción. Por tanto, los misiles de

crucero no son considerados UAVs porque, como la mayoría de los misiles, el propio

vehículo es un arma que no se puede reutilizar, a pesar de que también es no tripulado

y en algunos casos guiado remotamente. (Fundación Wikimedia I. ,

www.wikipedia.org, 2014)

Historia

Los vehículos aéreos no tripulados, usualmente conocidos como UAV, por sus siglas

en inglés, son aquellas aeronaves que sin piloto a bordo pueden ser controlados a

voluntad y mantenidos en vuelo por algún tipo de motor. Aunque la historia de su

creación se remonta a conceptos presentados por Leonardo Da Vinci, no fue sino

hasta el 22 de Agosto de 1849 en que fue empleado por primera vez en un teatro de

operaciones, cuando los austriacos atacan la ciudad de Venecia con globos no

tripulados cargados con explosivos.

Los resultados, sin ser los esperados, dejaron como precedente el aumento de

capacidades a través de estos ingenios recién creados, durante la primera guerra

mundial, comenzó la experimentación con bombas aéreas no tripuladas, pero no fue

28

hasta la segunda guerra mundial que la construcción de aviones radio controlados

para la utilización en campos de batallas, se masificó.

La primera fotografía aérea fue tomada en 1858 por Paul Nadar desde un globo a

unos 80 metros de altura sobre la población de Val de Bièvre, una localidad cercana a

Paris. Nadar es el nombre con el que se conocía al polifacético diseñador, reportero,

caricaturista y también fotógrafo Gaspard Felix Tournachon, un interesante personaje

del siglo XIX que siguiendo el consejo de un amigo se compró una cámara

fotográfica para tomar imágenes de los modelos que más tarde caricaturizaría.

Por desgracia las fotografías, aunque por lo que sabemos de ellas su calidad era tan

pobre que apenas se distinguía el motivo, razón que desde luego no desmerece su

posicionamiento como primer fotógrafo aéreo de la historia.

En 1860, James Wallace Black tomó una fotografía a unos 600 metros de altura

sobrevolando la ciudad de Boston en un globo y ostenta el título de la fotografía aérea

más antigua que se conserva.

Si la fotografía resulta ser aquel procedimiento y arte que consiste en fijar y

reproducir a través de reacciones químicas y en superficies especialmente preparadas

para ello, aquellas imágenes que se obtienen a partir del fondo de una cámara oscura,

la fotografía aérea supone el mismo mecanismo mencionado que se emplea para

capturar, por ejemplo la fotografía de una persona sentada en la cafetería junto a otra,

pero lo que cambia en las fotografías aéreas, es que en estos casos las máquinas

29

fotográficas se encuentran ubicadas a bordo de diferentes medios aéreos para así

obtenerlas.

En 1950, el Ejército estadounidense se dio cuenta de la importancia y necesidad de

una plataforma aérea que entregará información veraz y oportuna que permitiera una

toma de decisiones correcta y a tiempo.

Aunque Estados Unidos utilizó en la guerra de Vietnam plataformas aéreas no

tripuladas, fue Israel quien confirmó, durante sus operaciones en el Líbano en 1982,

la importancia de contar con este tipo de sistemas. Lo anterior, aumentó el interés

internacional por los UAV. En la operación Tormenta del Desierto en 1991, la

Armada estadounidense utilizó el sistema UAV Pioneer Israelí para suministrar

inteligencia a nivel táctico.

En Afganistán durante la operación Paz Duradera el sistema UAV Predator realizó

misiones de reconocimiento armado y en el 2003 en Irak atacó objetivos de gran

valor para la coalición. Cooperó además con las Fuerzas Especiales al buscar,

mantener e informar las posiciones de misiles SCUD.

Aunque inicialmente fueron creados como ingenios para la obtención de información,

sus capacidades han aumentado y pueden realizar un sin número de tareas. La

concepción actual es la de un sistema sinérgico que permita obtener en tiempo real

información útil.

30

Por otra parte, la fotografía aérea supone y requiere de un análisis consciente y

exhaustivo de la superficie terrestre, el cual justamente se hará a través de las

mencionadas cámaras fotográficas que se ubicarán a bordo de las naves específicas.

Son varios los ámbitos que emplean las fotografías aéreas para extraer información y

conocer el terreno en el cual operan, la arqueología, la geología y también la

agricultura suelen usar este tipo de fotografías para así, como dijimos, recoger

información sobre la naturaleza de los terrenos sobre los cuales deberá trabajar, por

ejemplo, la naturaleza que presentan los cultivos.

En la arqueología, por su lado, resulta ser una fuente de conocimiento indispensable

ya que permite la prospección del suelo, es decir, se la emplea como un método para

poder descubrir estructuras en el subsuelo sin necesidad de tener que excavarlo.

Además, acompañadas por un estereoscopio facilitan el descubrimiento de fallas

geológicas, conos de deyección, zonas altamente erosionables, zonas bajas saturadas,

el tipo de drenaje natural que presenta el terreno y entonces, con esa información

poder saber el tipo de suelo ante el cual estamos, el tipo de vegetación, entre

tantísimas otras cuestiones.

En tanto, otro contexto que también emplea muchísimo esta herramienta de las

fotografías aéreas es el militar, ya que la misma resulta ser ideal a la hora de estudiar

al enemigo o de tener que extraer información sobre objetivos estratégicos.

31

COMPONENTES DE UN SISTEMA UAV

Un UAV en su concepto tradicional, es el medio que permite la inserción en

profundidad de sensores para adquirir información y transmitirla en tiempo real hasta

una estación en tierra integrada en el sistema de mando y control. Su pequeño tamaño

impide su detección, además evita el poner en riesgo a una tripulación aérea. Para

cumplir con su objetivo necesita contar con lo siguiente:

Plataforma aérea

Es el avión en sí el cual posee diferentes sensores y los medios de comunicación

apropiados que permiten tanto guiar al avión y enlazarlo para la obtención de

imágenes, audio, etc. en tiempo real.

Plataforma terrestre

Compuesto por una estación o los equipos necesario para el control terrestre, la

estación terminal de datos en donde se almacenará los datos e información y

equipamiento preciso para el lanzamiento, recuperación y puesta en operación del

UAV.

Lo anteriormente expuesto da una idea clara de una estructura especifica muy

compleja con medios y el personal adecuado para la preparación y lanzamiento del

UAV, recepción y transmisión de imágenes, datos, etc.

32

Aplicaciones de los uavs

El concepto de UAV surge de alguna manera para aunar en un mismo producto las

ventajas de ambas técnicas de obtención de información. La primera ventaja de este

nuevo sistema es quizás la reducción del tiempo necesario para seleccionar los

objetivos, ya que se ha pasado de horas con las técnicas tradicionales a breves

segundos. Como además al emplear radares que permiten atravesar incluso las nubes,

la calidad de las imágenes obtenidas es excepcional lo que ayuda aún más a precisar

los objetivos. Por otra parte, su coste es reducido. Algunos modelos de UAVs están

propulsados por motores diesel de bajo consumo y fácil reparación o están fabricados

en un gran porcentaje a partir de productos disponibles en el mercado comercial, lo

que reduce aún más el coste final unitario de estos vehículos no tripulados. Y por

último, y puede que sea la ventaja más importante, permiten vigilar zonas sin

necesidad de exponer a las tripulaciones, o a vehículos más caros, a situaciones

peligrosas. Aunque los recientes conflictos bélicos están poniendo de manifiesto

también los inconvenientes de estos vehículos, Kosovo es un buen ejemplo de ello y

ha servido de campo de práctica para mejorarlos. Durante la campaña bélica se

comprobó que los UAVs resultaban bastante baratos, flexibles al requerir poco

logística y podían permanecer un tiempo considerable en patrulla. Pero la guerra de

los Balcanes también demostró la vulnerabilidad de estos sistemas con más de dos

docenas destruidos tanto por las defensas antiaéreas enemigas como por problemas

operativos durante su manejo (fallo en el manejo de los mismos).

33

Su manejo es relativamente sencillo y suelen estar controlados por satélite aunque se

pueden llegar a dirigir desde cualquier unidad militar local. A su vez, desde estas

estaciones en tierra se puede suministrar la información recopilada para su

distribución a cualquier parte del mundo directamente o por medio de un segundo

satélite militar. De esta manera la información puede ser distribuida a los especialistas

apropiados independientemente del lugar donde se encuentren.

Gráfico Nº1

Diagrama con todas las posibilidades de comunicación en tiempo real de los

UAVs: comunicación con base directamente o a través de satélite

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Walter Macao

La filosofía de diseño es muy variada dependiendo del consumidor final al que vaya

dirigido el producto. El ejército de tierra quiere por ejemplo, aparatos de pequeño

tamaño, fáciles de manejar y donde el alcance no es un factor fundamental, ya que

34

siempre se pueden aproximar lo suficientemente al objetivo. Lo importante es el bajo

coste de operación por lo que se prefieren los motores diesel como sistema de

propulsión. Sin embargo, la marina, sobre todo la norteamericana, pide vehículos de

largo alcance que eviten que sus portaaviones se aproximen demasiado al área de

peligro. Esto obliga a los fabricantes a crear grandes fuselajes para albergar el

combustible necesario para superar grandes distancias. Además, la marina suele

restringir también el empleo de carburantes muy volátiles que puedan poner en

peligro de incendio sus naves. Por lo que en la práctica se emplean combustibles del

tipo Diesel o Gasoil. Todo ello ha creado una familia de UAVs que cubren

prácticamente toda la demanda de los ejércitos con configuraciones y conceptos de

diseño radicalmente distintos.

También en el campo militar se está comenzando a diseñar la próxima generación de

UAVs: los llamados UCAVS (UninhabitatedCombat Air Vehicles o vehículos aéreos

de combate no tripulados). La idea detrás de estos artefactos es muy sencilla: poder

crear una aeronave cuyo diseño se centre en la carga de pago y no en el piloto que ha

de manejarlo, que pueda realizar maniobras de hasta 30 Gs para poder esquivar a los

misiles sin tener que preocuparse porque su tripulación pierda el conocimiento. Con

este nuevo concepto sería innecesaria la creación de un habitáculo dedicado

específicamente al piloto, ni introducir ordenadores para la presentación de

información, ni instalar equipos de acondicionamiento de cabina, etc. Una máquina

así diseñada permitiría aumentar de forma considerable las prestaciones en vuelo ya

35

que no se vería restringida por la capacidad física del piloto y permitiría eliminar

todos los equipos asociados a su presencia en el avión. Sin todos estos elementos se

podrá fabricar en el futuro aviones con la mitad del tamaño de sus homólogos

tripulados por humanos y con un cuarto de su peso para la misma capacidad de

ataque. La misión de estos nuevos artefactos sería pues el ataque a todos aquellos

objetivos que se considerán de alto riesgo o que pudieran implicar maniobras de

evasión difícilmente superables por el ser humano.

Desde el punto de vista puramente técnico, la idea de que un operario pueda controlar

completamente el aparato no es completamente satisfactoria por la complejidad

intrínseca que conlleva. Ello es debido a que se necesitaría que en todo momento

existiera una comunicación bidireccional, entre el UCAV y el “piloto virtual”, lo que

añade una complejidad técnica enorme ya que habría que diseñar el sistema para que

fuera muy tolerante a los daños que necesariamente habrían de surgir en los entornos

tan hostiles donde fueran a realizar sus misiones y que, bajo ningún concepto, se

pudiera perder la comunicación con el aparato. Por ello se preferiría un sistema que

fuese lo más autónomo posible y en el que el piloto virtual siempre tuviera la última

palabra en el desarrollo de la misión con comunicaciones no tan frecuentes pero más

seguras.

Estados Unidos ya posee un prototipo experimental de UCAV, el denominado X-

45A, que se encargaría de llevar a cabo misiones de supresión de las defensas aéreas

enemigas así como de ataque en combinación de aviones tripulados por pilotos

36

convencionales a partir del 2010. Su uso sería fundamentalmente durante los

primeros días del conflicto cuando las fuerzas enemigas tuvieran todos sus recursos.

Conforme avanzara el conflicto, su misión principal se encarrilaría a tareas de

vigilancia y reconocimiento así como ataques esporádicos de apoyo a las fuerzas

convencionales.

Además de estas aplicaciones, se está abriendo cada día más el abanico de

aplicaciones de estos nuevos vehículos en el campo militar y que ni siquiera se

hubieran pensado hace una década. Se están creando, por ejemplo, vehículos no

tripulados que simulen la firma en el radar de determinados aviones de combate. De

esta manera se puede confundir al enemigo en la dirección del ataque. Otra de las

aplicaciones que tiene posibilidades de llevarse a la práctica es la de detección de

radares. Los UAVs tienen la capacidad de permanecer largo tiempo en vuelo de

espera buscando por radares enemigos. Cuando alguno de ellos se conecte, el UAV lo

detectaría y, o bien enviaría una señal al puesto de mando indicando su posición, o

bien sería el propio UAV el que se convertiría en un misil antiradar.

En el campo civil, las aplicaciones son claramente dos. Una de ellas es la de control

de fronteras en zonas remotas o en líneas de costa principalmente para combatir el

contrabando de drogas o de inmigrantes ilegales. Mientras que la otra se basa en el

desarrollo de nuevos sistemas de comunicaciones. Debido a la altura de vuelo de

estos vehículos (que puede llegar a ser superior a los 100.000 pies), los UAVs se

37

convierten en la práctica en minisatélites a un precio realmente reducido. La energía

se obtendría por medio de células solares instaladas en las alas. Aunque no todo es

tan fácil como acoplar una antena a estos vehículos. Las autoridades aeronáuticas

están poniendo serios problemas a estos tipos de aeronaves para certificarlas en

espacios aéreos civiles por el riesgo que conllevan y la falta de control sobre los

mismos en caso de fallo de comunicaciones con el ordenador de a bordo. Lo que en la

práctica supondría tener un vehículo sin control sobrevolando nuestras cabezas y que

se podría estrellar en cualquier parte.

CUADRO Nº2

TIPOS DE DISPOSITIVOS DE RECONOCIMIENTO AÉREO

SEGÚN SU TECHO Y ALCANCE MÁXIMO

HANDHELD Unos 2000 pies de altitud, unos 2 km de alcance

CLOSE Unos 5000 pies de altitud, hasta 10 km de alcance

NATO Unos 10.000 pies de altitud, hasta 50 km de alcance

TACTICAL Unos 18000 pies de altitud, hasta 160 km de alcance

MALE (mediumaltitude, longendurance) hasta 30000 pies de altitud y

un alcance de unos 200 km

HALE (highaltitude, longendurance) sobre 30.000 pies de techo y

alcance indeterminado

HYPERSONIC Alta velocidad, supersónico (Mach 1-5) o hipersónico (Mach 5+)

unos 50000 pies de altitud o altitud suborbital, alcance de 200km

ORBITAL En órbitas bajas terrestres (Mach 25+)

CIS Lunar viaja entre la Luna y la Tierra

Fuente:

Elaboración: Walter Macao

38

DISEÑO

PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO

Aerodinámica

La Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en

movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se

hallan en su seno. A la importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor

de su aportación a la aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad

relativa de un móvil con respecto al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y

supersónica según que dicho número sea inferior o superior a la unidad.

Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a

través del aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el

estudio del vuelo, es lo mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través

del aire, como que este objeto esté inmóvil y es el aire el que se mueve.

Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y

principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en

cualquier condición de operación. Las leyes que se analizaran son suficientes para

estar en un nivel de entendimiento elemental, pretendiéndose una explicación ni

exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica. (Muñoz, 2010)

39

Fuerzas que actúen en el vuelo.

En cualquier aparato volador actúan una serie de fuerzas gravitacionales , favorables

unas y desfavorables otras, es aquí donde el piloto tiene que destacar su destreza

manteniendo control sobre ellas para volar de una manera segura.

Para nuestro estudio es primordial conocer ciertos conceptos que son fundamentales

para el diseño de un dispositivo de reconocimiento aéreo empezando por las fuerzas

que afectan al vuelo y sus efectos.

Entre las principales fuerzas que actúan sobre cualquier aeronave y que son de interés

para el proyecto mencionaremos solamente 4: sustentación, peso, empuje y

resistencia. Estas cuatro fuerzas actúan en pares; la sustentación es opuesta al peso, y

el empuje o tracción a la resistencia.

Un aeroplano, como cualquier otro objeto, se mantiene estático en el suelo debido a la

acción de dos fuerzas: su peso, debido a la gravedad, que lo mantiene en el suelo, y la

inercia o resistencia al avance que lo mantiene parado. Para que este aeroplano vuele

será necesario contrarrestar el efecto de estas dos fuerzas negativas, peso y

resistencia, mediante otras dos fuerzas positivas de sentido contrario, sustentación y

empuje respectivamente. Así, el empuje ha de superar la resistencia que opone el

avión a avanzar, y la sustentación superar el peso del avión manteniéndolo en el aire.

(Muñoz, 2010)

40

Gráfico Nº2

Fuerzas que actúan en un vuelo

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

Sustentación.

Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinámico moviéndose en el aire, ejercida

de abajo arriba, y cuya dirección es perpendicular al viento relativo y a la

envergadura del avión (no necesariamente perpendiculares al horizonte). Se suele

representar con la letra L del inglés Lift = Sustentación. (Muñoz, 2010)

Gráfico Nº3

Perpendicularidad en la sustentación

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

41

Factores que afectan la sustentación de una aeronave

Actitud del avión

Este término se refiere a la orientación o referencia angular de los ejes longitudinal y

transversal del avión con respecto al horizonte, y se especifica en términos de:

posición de morro (pitch) y posición de las alas (bank). (Muñoz, 2010)

Trayectoria de vuelo

Es la dirección seguida por el perfil aerodinámico durante su desplazamiento en el

aire; es decir es la trayectoria que siguen las alas y por tanto el avión.

Viento relativo

El avión al moverse en el aire produce un flujo de viento a esto se le denomina

viento relativo. El viento relativo es paralelo a la trayectoria de vuelo y de dirección

opuesta. Su velocidad es la relativa del avión con respecto a la velocidad de la masa

de aire en que este se mueve. (Muñoz, 2010)

Gráfico Nº4

Trayectoria de vuelo y viento relativo

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

42

Ángulo de incidencia

El ángulo de incidencia es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala con respecto

al eje longitudinal del avión. Este ángulo es fijo, pues responde a consideraciones de

diseño y no es modificable por el piloto.

Gráfico Nº5

Angulo de incidencia

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

Ángulo de ataque.

El ángulo de ataque es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala y la dirección

del viento relativo. Este ángulo es variable, pues depende de la dirección del viento

relativo y de la posición de las alas con respecto a este, ambos extremos controlados

por el piloto. Es conveniente tener muy claro el concepto de ángulo de ataque pues el

vuelo está directa y estrechamente relacionado con el mismo. (Muñoz, 2010)

Forma del perfil del ala

A mayor curvatura del perfil mayor diferencia de velocidad entre las superficies

superior e inferior del ala y por tanto mayor diferencia de presión, o lo que es igual

mayor fuerza de sustentación. (Muñoz, 2010)

43

Superficie alar

Cuanto más grandes sean las alas, mayor será la superficie sobre la que se ejerce la

fuerza de sustentación. Pero hay que tener en cuenta que perfiles muy curvados o alas

muy grandes incrementan la resistencia del avión al ofrecer mayor superficie

enfrentada a la corriente de aire.

La forma como la superficie del ala dependen del criterio del diseñador, que tendrá

que adoptar un compromiso entre todos los factores según convenga a la

funcionalidad del avión. (Muñoz, 2010)

Densidad del aire

Cuanto mayor sea la densidad del aire, mayor es el número de partículas por unidad

de volumen que cambian velocidad por presión y producen sustentación.

Velocidad del viento relativo

Mientras se imprima mayor velocidad sobre el perfil, mayor sera la sustentación. La

sustentación es proporcional al cuadrado de la velocidad, siendo este el que

comparativamente más afecta a la sustentación.

Ángulo de ataque

Si se aumenta el ángulo de ataque es como si se aumentara la curvatura de la parte

superior del perfil, o sea el estrechamiento al flujo de aire, y por tanto la diferencia de

presiones y en consecuencia la sustentación. En la figura se ve de forma general

como aumenta el coeficiente de sustentación (CL) con el ángulo de ataque hasta

44

llegar al coeficiente de sustentación máximo, a partir del cual la sustentación

disminuye con el ángulo de ataque. Los valores y la forma de la curva en la gráfica

dependerán de cada perfil concreto.

Gráfico Nº6

Coeficiente de sustentación

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

La sustentación creada por el ala está en función de:

Forma del perfil.

La superficie alar.

La densidad del aire.

La velocidad del viento relativo.

El ángulo de ataque.

45

La fórmula correspondiente sería: L=CL*q*S donde CL es el coeficiente de

sustentación, dependiente del tipo de perfil y del ángulo de ataque; q la presión

aerodinámica (1/2dv² siendo d la densidad y v la velocidad del viento relativo) y S la

superficie alar. Un piloto solo puede tener influencia en la sustentación actuando

sobre los factores velocidad y ángulo de ataque, pues el coeficiente aerodinámico y la

superficie alar están predeterminados por el diseño del avión, y la densidad del aire

depende del estado de la atmósfera. Todos los aviones disponen de dispositivos

hipersustentadores que accionados por el piloto modifican la curvatura del ala y la

superficie alar, pero estos dispositivos están diseñados para posibilitar maniobras a

baja velocidad (aterrizaje, despegue, etc.) más que para aumentar la sustentación a

velocidades normales de operación. (Muñoz, 2010)

Peso

El peso es la fuerza de atracción gravitatoria sobre un cuerpo, siendo su dirección

perpendicular a la superficie de la tierra, su sentido hacia abajo, y su intensidad

proporcional a la masa de dicho cuerpo. Esta fuerza es la que atrae al avión hacia la

tierra y ha de ser contrarrestada por la fuerza de sustentación para mantener al avión

en el aire. (Muñoz, 2010)

46

Gráfico Nº7

Dirección y sentido del peso

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

Dependiendo de sus características, cada avión tiene un peso máximo que no debe ser

sobrepasado.

Centro de gravedad

Es el punto donde se considera ejercida toda la fuerza de gravedad, es decir el peso.

El centro de gravedad es el punto de balance de manera que si se pudiera colgar el

avión por ese punto específico este quedaría en perfecto equilibrio. El avión realiza

todos sus movimientos pivotando sobre el C.G.

La situación del centro de gravedad respecto al centro de presiones tiene una

importancia enorme en la estabilidad y control del avión

Resistencia

La resistencia es la fuerza que impide o retarda el movimiento de un aeroplano. La

resistencia actúa de forma paralela y en la misma dirección que el viento relativo,

47

aunque también podríamos afirmar que la resistencia es paralela y de dirección

opuesta a la trayectoria.

Gráfico Nº8

Dirección y sentido de la resistencia

Elaboración: Walter Macao

Fuente: www.manualdevuelo.com

Empuje o Tracción

Para vencer la inercia del avión parado, acelerarlo en la carrera de despegue o en

vuelo, mantener una tasa de ascenso adecuada, vencer la resistencia al avance se

necesita una fuerza: el empuje o tracción. Para obtener este empuje se necesita

acelerar una masa de aire pero a una velocidad mucha mayor a la del aeroplano.

La reacción, de igual intensidad pero de sentido opuesto (3ª ley del movimiento de

Newton), mueve el avión hacia adelante. En aviones de hélice, la fuerza de propulsión

la genera la rotación de la hélice, movida por el motor (convencional o turbina); en

reactores, la propulsión se logra por la expulsión de los gases quemados por la

turbina. (Muñoz, 2010)

48

Esta fuerza se ejerce en la misma dirección a la que apunta el eje del sistema

propulsor, que suele ser más o menos paralela al eje longitudinal del avión.

Gráfico Nº9

Dirección y sentido de empuje

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

El factor principal que influye en esta fuerza es la potencia de los motores, pero hay

otros elementos que también influyen como pueden ser la forma y tamaño de la

hélice, la configuración de la hélice y la densidad del aire son algunos factores

determinantes, para que exista un empuje necesariamente se habla de potencia en

motores eléctricos como los utilizados en este proyecto ya que potencia es

equivalente a energía por unidad de tiempo, a mayor potencia mayor capacidad de

aceleración. Entonces es a potencia es el factor más importante a la hora de

determinar la tasa de ascenso de cualquier aeroplano. De hecho la tasa máxima de

ascenso de un avión no está relacionada con la sustentación, sino con la potencia

disponible descontada la necesaria para mantener un vuelo nivelado. (Muñoz, 2010).

49

Estas cuatro fuerzas están definidas respecto a tres sistemas de coordenadas

diferentes: la sustentación y la resistencia están definidas en relación al viento

relativo; el peso respecto al centro de la tierra, y el empuje con respecto a la

orientación del aeroplano. Esta situación puede verse un poco más complicada porque

por ejemplo el empuje y la resistencia tienen componentes verticales que se oponen al

peso, mientras la sustentación tiene un componente horizontal. (Muñoz, 2010)

Para que un vuelo sea recto y nivelado es necesaria la velocidad constante esto traerá

consigo que, las fuerzas que actúan hacia abajo se compensan con las que actúan

hacia arriba, y las que actúan hacia delante se equilibran con las que actúan hacia

atrás.

Ejes de vuelo y sustentación

Ejes del avión

Son líneas imaginaria trazadas sobre un avión. Su denominación y los movimientos

que se realizan alrededor de ellos son los siguientes:

Eje longitudinal

Es el eje imaginario que va desde el morro hasta la cola del avión. El movimiento

alrededor de este eje (levantar un ala bajando la otra) se denomina alabeo (en inglés

"roll"). También se le denomina eje de alabeo, nombre que parece más lógico pues

cuando se hace referencia a la estabilidad sobre este eje, es menos confuso hablar de

estabilidad de alabeo que de estabilidad "transversal". (Muñoz, 2010)

50

Eje transversal o lateral

Eje imaginario que va desde el extremo de un ala al extremo de la otra. El

movimiento alrededor de este eje (morro arriba o morro abajo) se denomina cabeceo

("pitch" en inglés). También denominado eje de cabeceo, por las mismas razones que

en el caso anterior. (Muñoz, 2010)

Eje vertical

Eje imaginario que atraviesa el centro del avión. El movimiento en torno a este eje

(morro virando a la izquierda o la derecha) se llama guiñada ("yaw" en inglés).

Denominado igualmente eje de guiñada. En un sistema de coordenadas cartesianas, el

eje longitudinal o de alabeo sería el eje "x"; el eje transversal o eje de cabeceo sería el

eje "y", y el eje vertical o eje de guiñada sería el eje "z". El origen de coordenadas de

este sistema de ejes es el centro de gravedad del avión. (Muñoz, 2010)

Estos ejes de vuelo y sustentación constituyen la fase inicial que todo piloto de

cualquier tipo de aeronave tripulada o no tripulada debería conocer pues es sobre

estos ejes que cada acción que se realice en el dispositivo se verá reflejado

directamente sobre este sistema de coordenadas.

51

Gráfico Nº10

Ejes de vuelo y sustentación

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

CONCEPTOS Y HERRAMIENTAS DE DISEÑO PARA EL

DISPOSITIVO AÉREO

El modelado está basado en leyes físicas que describen la posición y orientación del

dispositivo aéreo quadrotor.

El diseño del quadrotor se concibe como un modelo dinámico el cual debe despegar

horizontal y verticalmente el mismo que posee cuatro propulsores al final de una

estructura en cruz y perpendicularmente ubicados en cada una de las barras de

aluminio. Es de suma importancia para el estudio dinámico del este dispositivo

52

abordar los conceptos de mecánica de cuerpos rígidos, dinámica de vuelo,

aerodinámica, sistemas dinámicos y control entre otros conceptos.

Mecánica de Cuerpos Rígidos

Para la obtención de un modelo que sea dinámico tenemos que tratar al dispositivo

como un cuerpo rígido en el espacio, el cual estará sujeto a una fuerza principal

(empuje) y tres momentos (alabeo, cabeceo, giro). En la figura se muestra las fuerzas

que ejercen las hélices para generar el movimiento del vehículo.

Gráfico Nº11

Esquema de funcionamiento de un Quadrotor

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

53

El dispositivo aéreo que se utilizará para este proyecto es un quadrotor en

configuración X. Todos los movimientos del dispositivo se consiguen a partir de las

velocidades cambiantes de cada rotor que posee, estos rotores están compuestos por

un motor eléctrico de corriente continua y un rotor de aspas. Para lograr el

movimiento de giro en sentido horario y anti horario utiliza un par de motores que

giran en ese mismo sentido, es decir, para lograr el movimiento en sentido de las

agujas del reloj hará uso de los motores uno y dos, mientras para conseguir el

movimiento anti horario hará uso de los motores tres y cuatro, estos movimientos se

obtienen aumentando la velocidad de dichos rotores.

La inclinación hacia la derecha se consigue aumentando la velocidad de los rotores

uno y cuatro para la configuración X, para obtener la inclinación hacia la izquierda se

conseguirán aumentando la velocidad de los rotores dos y tres. El desplazamiento

hacia delante se consigue aumentando la velocidad de los motores tres y uno,

mientras que para el desplazamiento hacia atrás es conseguido gracias al aumento de

velocidad en los rotores dos y cuatro.

El ascenso o descenso es conseguido por la fuerza de empuje generado por los rotores

uno, dos, tres y cuatro colocados configurados para que roten en contra y pro las

manecillas del reloj. Los motores tres y cuatro giran en sentido horario mientras que

los motores dos y uno giran en sentido anti horario.

54

Gráfico Nº 12

Esquema de configuración de un Quadrotor

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

ARQUITECTURA DEL VEHÍCULO VOLADOR

La arquitectura es la parte primordial para que el dispositivo volador pueda ser el

idóneo para combatir o acomodarse en el ambiente en el cual va a ser incursionado,

muchos son los factores que intervienen en el vuelo, las leyes que explican el vuelo,

las fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo.

Lo que se describirá serán los componentes estructurales del vehículo volador,

resaltando como mayor ámbito la estructura dinámica para lograr y sustentar el

vuelo.

55

Para lograr estudiar la arquitectura se dividió el gran sistema del quadrotor en varios

sistemas que lo componen, partiendo de la estructura dinámica del fuselaje para darle

ligereza, estabilidad y maniobrabilidad, para luego pasar al estudio de las partes

mecánicas, desde los motores hasta los sensores pasando por el sistema de

procesamiento de video e imágenes y la estación en tierra.

Gráfico Nº 13

Esquema de estructura de un quadrotor

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

Alimentación Batería

Motores

ESC´s

Estructura

Control

Adaptación

de Señal

Unidad de Control Comunicación

Ip Cámara

Transmisor

Receptor

Sensores

Giroscopios

Acelerómetros

Magnetómetro

Altímetro

Sonar

Gps Alarma de Batería

56

Gráfico Nº 14

Esquema de estructura de control en tierra

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

Componentes físicos, mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control

Fuselaje

Del francés "fuselé" que significa "ahusado", se denomina fuselaje al cuerpo principal

de la estructura del avión, cuya función principal es la de dar cabida a la tripulación, a

los pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al resto de los

componentes.

Unidad de Proceso

Procesamiento

de Imágenes

Control

Transmisor

Receptor

Comunicación

Almacenamiento

Dispositivo de almacenamiento

57

El diseño del fuselaje además de atender a estas funciones, debe proporcionar un

rendimiento aceptable al propósito a que se destine el avión. En el fuselaje interviene

de gran manera la estructura que menor resistencia aerodinámica nos de cómo son los

de sección circular, elíptica u oval.

Este dispositivo está dado por un marco estructurado de tal forma que logre dar

soporte a todos los elementos que conforman el dispositivo el cual está formado por

dos tubos de aluminio que ofrecen resistencia y durabilidad, piezas de vinil que

soportan los motores, partes de plástico que dan soporte a los elementos eléctricos,

electrónicos y mecánico.

El diseño de la estructura de la parte central del dispositivo corresponde a un diseño

de distribución, descarga libre y o modificación disponible en el proyecto arducopter

en el repositorio de google, el mismo que posee características fundamentales y

claves para la configuración de vuelo de este dispositivo así mismo para la

introducción de componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos del dispositivo a

implementarse.

Los materiales para su fabricación son de diferente índole entre ellos tenemos

acrílico, plástico, metal aluminio, fibra de carbono y resinas de fibra de vidrio (FR4)

y baquelita.

58

El material usado debido a su bajo peso y fácil maleabilidad es la resina de fibra de

vidrio o también llamado FR4 ( Gráfico Nº 15

Placa principal en la estructura del dispositivo.

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

Alas

Son el elemento primordial de cualquier aeroplano. En ellas es donde se originan las

fuerzas que hacen posible el vuelo. En su diseño se tienen en cuenta numerosos

aspectos: peso máximo a soportar, resistencias generadas, comportamiento en la

pérdida, es decir, todos aquellos factores que proporcionen el rendimiento óptimo

para compaginar la mejor velocidad con el mayor alcance y el menor consumo

energía posible.

Este dispositivo posee si bien se puede decir cuatro alas o brazos configurados de tal

manera que ninguno se vea afectado por el otro, los materiales que se usan para el

diseño, fabricación e implementación son elegidos teniendo en cuenta factores como

resistencia, ligereza o peso, fácil moldeabilidad , abundancia en nuestro medio y bajo

costo, por lo general estas estructuras están hechas de madera, pvc, aluminio, fibra de

59

vidrio, fibra de carbono, siendo esta última la más utilizada e idónea ya que cumple

con los requisitos de selección de resistencia y ligereza, pero no es muy abundante en

nuestro medio y tampoco de bajo costo, por lo que se seleccionó en segundo plano

como el más idóneo el aluminio.

Gráfico Nº 16

Aluminio tubular cuadrado para brazos

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Internet

El material seleccionado para este fin deberá regirse a parámetros que no afecten el

peso total del dispositivo así como su sustentación, para ello se eligió el aluminio

tubular con las características que se describe en la figura.

Gráfico Nº 17

Corte frontal del material utilizado

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigación

1.65 cm

1.65 cm 0.5 mm

60

Acoples para motores

Toda aeronave para su sustentación, alabeo, cabeceo, ascenso/descenso posee

motores que le ayudan a realizar estas tareas que según el diseño son la parte clave

de la aeronave y por ende esta parte tiene que regirse a ciertas condiciones idóneas

para albergar a los motores.

Gráfico Nº 18

Esquema de la ubicación de motores

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

En los quadrotors la ubicación ideal se encuentra en el extremo de los brazos pero

para su acople se necesita accesorios que al igual que sus brazos cumplan ciertas

normas de rigidez, ligereza y absorción de vibraciones producidas por los motores de

corriente.

El material utilizado de bajo costo y abundante en nuestro medio es el aluminio por

lo que se hace idóneo para esta tarea.

61

Gráfico Nº 19

Esquema piezas que fijan los motores

Pieza A Pieza B

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

La fabricación de los acoples se la realiza a partir de un modelo de libre distribución

que se encuentran en los repositorios de google. Para ello se trazó el modelo sobre un

material fácil de moldear como es la madera especialmente la balsa, luego de

moldear y elegir exactamente la configuración de orificios, se da el acabado final

sobre el molde siguiendo fielmente las características del modelo escogido para

plasmar en el material seleccionado y confeccionar finalmente la pieza requerida.

Superficies de mando y control.

Son las superficies movibles situadas en las alas y en los empenajes de cola, las

cuales respondiendo a los movimientos de los mandos existentes en la cabina

provocan el movimiento del avión sobre cualquiera de sus ejes (transversal,

longitudinal y vertical). También entran en este grupo otras superficies secundarias,

cuya función es la de proporcionar mejoras adicionales relacionadas generalmente

con la sustentación.

62

Si bien es cierto esto es fundamental en una aeronave los quadrotor cumplen estos

requerimientos haciendo uso de cada uno de los cuatro motores de corriente continua

situados en los extremos de sus brazos.

Las superficies de mando y control modifican la aerodinámica de un avión

provocando un desequilibrio de fuerzas, una o más de ellas cambian de magnitud.

Este desequilibrio, es lo que hace que el avión se mueva sobre uno o más de sus ejes,

incremente la sustentación, o aumente la resistencia.

Tren de aterrizaje

Tiene como misión amortiguar el impacto del aterrizaje o permitir la rodadura y

movimiento del avión en tierra. Puede ser fijo o retráctil, y de triciclo (dos ruedas

principales y una de frente) o patín de cola (dos ruedas principales y un patín o rueda

en la cola), todas estas características o requerimientos son analizados para elegir

exactamente el modelo que se ajuste a las necesidades del dispositivo dependiendo

del ambiente y la superficie sobre la cual trabajará el dispositivo de reconocimiento

aéreo.

Existen diferentes materiales que se utilizan para la construcción o fabricación de los

trenes de aterrizajes de este tipo de dispositivos entre los más utilizados debido a su

ligereza y resistencia son el aluminio o la fibra de carbono.

63

Gráfico Nº 20

Ubicación del tren de aterrizaje en el dispositivo

Ubicación A Ubicación B

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Para la selección de la ubicación del tren de aterrizaje se debe tomar en cuenta las

singularidades del dispositivo, la ubicación de los componentes mecánicos, eléctricos

y electrónicos que posee el dispositivo, pues si se elige una ubicación sin tomar en

cuenta algún dispositivo puede interferir en el desenvolvimiento de este dispositivo

como son cámaras, sistemas de estabilización.

En la selección se la ubicación se tomó en cuenta que además de darle un soporte para

el aterrizaje, ayude también a la protección de la cámara IP que forma aparte de los

componentes electrónicos que servirá como ojos para el dispositivo y los ojos en

tierra para el control y obtención de imágenes.

64

En la construcción del tren de aterrizaje se utiliza aluminio tubular para hacer ligero y

a la vez obtener mayor resistencia al impacto en tierra al momento de aterrizar para

proteger la integridad estructural del dispositivo en sí.

Gráfico Nº 21

Componente tren de aterrizaje

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Grupo motopropulsor

Encargado de proporcionar la potencia necesaria para contrarrestar las resistencias del

aparato, tanto en tierra como en vuelo, impulsar a las alas y que estas produzcan

sustentación, y por último para aportar la aceleración necesaria en cualquier

momento.

Este grupo puede estar constituido por uno o más motores; motores que pueden ser de

pistón, de reacción, turbopropulsores, etc. Dentro de este grupo se incluyen las

hélices, que pueden tener distintos tamaños, formas y número de palas.

135º

120º

65

Auxiliar- modulo rotación.

Resto de sistemas destinados a ayudar al funcionamiento de los elementos anteriores

o bien para proporcionar más confort o mejor gobierno de la aeronave.

Al ser un dispositivo de reconocimiento cuya misión fundamental o eje principal es

proporcionar una visión desde el aire de la panorámica que se quiere de un

determinado lugar, se ve imperioso el control de los diferentes ángulos de visión, por

lo tanto se debe diseñar o implementar un módulo para esta tarea que deberá regirse

en los planos del espacio.

Gráfico Nº 22

Ejes de rotación de la cámara a bordo

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Esta rotación permite que se obtengan imágenes de diferentes ángulos sin la

necesidad de interactuar directamente sobe el comportamiento íntegro del dispositivo

sino más bien se logra interactuar con el mecanismo y módulo de rotación de la

cámara.

Los ejes de rotación como se describe en la gráfica son de izquierda a derecha sobre

el eje Y en ambos lados con un ángulo de rotación de 90º para cada lado con lo que se

consigue una rotación de media vuelta es decir sumados los dos ángulos se obtiene la

66

totalidad de 180º horizontalmente, mientras tanto que el ángulo de rotación sobre el

eje X o de arriba hacia abajo y viceversa es de 90º.

Para su diseño y construcción se tomó en cuenta las características de la cámara como

su forma y peso, para de esta manera obtener un acople casi perfecto con el módulo

de rotación a implementarse, para ello se utilizó aluminio como soporte integral del

dispositivo dado su bajo peso y alta resistividad. El módulo consta de dos partes

fundamentales que son el soporte del uno y el otro elemento que en conjunto

funcionan a la perfección.

Gráfico Nº 23

Eje de rotación sobre X

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

La figura muestra el detalle de configuración de la primera pieza de rotación.

Gráfico Nº 24

Eje de rotación sobre Y

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

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El sistema de rotación completo se consigue al interactuar las dos piezas con los

servo-motores montados, los cuales proveen de la fuerza necesaria para el

movimiento para cada pieza.

Gráfico Nº 25

Esquema del servo motor utilizado para la rotación

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Control de altura y velocidad.

Para el control del aeroplano es fundamental controlar la velocidad y la altitud

respectiva, esta tarea resultaría fácil si se dispondría en el avión de controles que

cuando se cambie de velocidad no cambiare la altitud o sin cambiar la altitud tampoco

cambiara la velocidad. Estos controles son un sueño imposible de poner en práctica

en un avión pues en la realidad si afectamos la velocidad también cambiara la altitud

y viceversa.

68

El control de la altura y velocidad dispone el entendimiento que no existe un control

primario de velocidad y altitud no tiene un mando que controla exclusivamente la

altitud y nada más, y otro que controla únicamente la velocidad. No existe un avión

con unos controles así.

Lo único se es cierto es que:

El volante de mando controla la actitud de morro del avión y por

extensión el ángulo de ataque.

El mando de gases controla la potencia. Esta potencia se puede utilizar

para superar la resistencia, para acelerar, o para ascender.

Ninguno de los dos controles controla independientemente la altitud y la velocidad.

Mando de Gases.

El mando de gases controla la potencia, pues infiere directamente en:

Proporciona la fuerza suficiente para vencer la resistencia.

Todo vuelo recto y nivelado requiere mayor potencia.

Una mayor potencia proporciona mantener al avión en una misma

trayectoria.

Mientras se esté en un ambiente de vuelo tranquilo con un vuelo recto, nivelado y

con una potencia moderada, el fenómeno que sucede al aplicar mayor gas o potencia

se pensaría que el avión tomaría mayor velocidad pero lo que en realidad sucede es

que no acelera sino más bien baja la velocidad y comienza a ascender.

69

Sistemas y subsistemas en el dispositivo

Sistema sensor

El sistema sensor de un UAV representa la capacidad de percepción que tiene el robot

para conocer su estado dentro del entorno en que desarrollará el vuelo. Aunque sería

deseable incluir la mayoría de los sensores que se utilizan en la robótica tradicional.

Sin embargo, debido al reducido peso con el que puede cargar un aparato de este tipo,

es necesario limitar el número de sensores a los imprescindibles. Los sensores más

comunes son: sensor inercial formado por acelerómetros, giróscopos y

magnetómetros para determinar la orientación absoluta del robot en el aire, un GPS

para determinar la posición absoluta en el espacio y una cámara de video para

localizar elementos de referencia importantes para la navegación. (Simón, 2014)

Todos estos sensores facilitan el control y funcionamiento del dispositivo para la

estación en tierra.

Sensor inercial

Es un dispositivo electrónico que mide e informa acerca de la velocidad, orientación y

fuerzas gravitacionales de un aparato, usando una combinación de acelerómetros y

giróscopos. Las unidades de medición inercial son normalmente usadas para

maniobrar aviones, incluyendo vehículos aéreos no tripulados, entre muchos otros

usos, y además naves espaciales, incluyendo transbordadores, satélites y

aterrizadores.

70

La IMU es el componente principal de los sistemas de navegación inercial usados en

aviones, naves espaciales, buques y misiles guiados entre otros. En este uso, los datos

recolectados por los sensores de una IMU permiten a un computador seguir la

posición del aparato, usando un método conocido como navegación por estima.

(Wikipedia, 2013)

Estos sensores facilitan el control del dispositivo para la estación en tierra y

proporciona información referente del estado del dispositivo..

Sistema controlador

El sistema controlador del UAV se encarga de dar los comandos apropiados al

sistema motor para que el movimiento que describa el aparato sea el apropiado en

cada situación. En la mayor parte de los casos el corazón del sistema controlador es

un microcontrolador conectado a los diferentes sensores y a los drivers de los

motores. Es frecuente además que este sistema controlador esté conectado a una

antena para poder establecer una comunicación con una estación base situada en

tierra. (Robotica, http://asrob.uc3m.es/, 2014)

71

PLACAS CONTROLADORAS Y COMPONENTES ELECTRÓNICOS

Ardupilotmega Imu Shield / v1.0

La IMU es una tarjeta que cuenta con una amplia gama de sensores necesarios para la

UAV y aplicaciones de robótica, incluyendo la rotación de tres ejes angular y

sensores de aceleración, presión absoluta y el sensor de temperatura, 16MBits chip de

registro de datos y mucho más.

Es también conocido como el depósito de aceite, está diseñado para encajar

perfectamente en la parte superior (o inferior) de la tarjeta ArduPilot Mega. Este es un

completo que contiene una gran variedad de sensores necesarios para la UAV y otras

aplicaciones de robótica, incluyendo 3 sensores de eje angular de rotación y

aceleración, presión absoluta y sensores de temperatura. Un chip 16MBits registrador

de datos también se incluye para todas sus necesidades de registro de datos. También

un interruptor se relacionan se incluye para activar las cámaras, la luz y la carga útil.

Se debe tener un especial cuidado al momento de soldar los componentes para juntar

las dos tarjetas ya que son muy sensibles y se requiere un nivel medio de soldadura

para realizar esta labor.

Para utilizarla en el modo piloto automático necesita la adición especial de un GPS y

una unidad de telemetría por la cual se enviaran y recibirán datos.

72

Esta placa no viene con ningún software instalado, pero puede ser fácilmente

descargado e instalado.

Este producto es compatible con aeronaves de ala fija, helicópteros y varios vehículos

de rotor, y cualquier otra plataforma robótica que desea utilizarlo. El código permite

hacer los cambios que desee para adaptarse a su aplicación, o se puede usar tal cual

es. Se puede incluso utilizarlo como una estación meteorológica, esto dependerá del

uso que se le dará.

Esta tarjeta de sensores poseen las características citadas a continuación.

Características

Regulador de doble 3.3V (uno dedicado a sensores analógicos)

Relé interruptor de cámaras, luces, cargas útiles

Construido en el registrador de datos de 16 Mb

ADC de 12 bits para una mejor Gyro / aceleración / resolución de

lectura de velocidad del aire

Piano interruptor DIP para atrás servo (el usuario)

Construido en FTDI, lo que permite a la Junta a ser nativo USB

Dedicado módem / puerto de OSD

El puerto I2C con 'cadenita Junta Ingresos que le permite construir

redes de sensores

Dos botones programables del usuario

73

12-bits puertos de expansión analógicos

Botón de restablecimiento

En opción, a través de orificio "divisores de tensión (fácil de soldar)

LEDs de estado muchos

Resistente a las vibraciones del eje tripple Invensese giroscopios (apto

para helicópteros y aplicaciones tendencia a las vibraciones)

Dispositivos de triple eje analógico acelerómetro

Velocidad del aire puerto de sensor (sensor de velocidad se vende por

separado)

Bosch presión absoluta y el sensor de temperatura para la altitud exacta

74

Gráfico Nº 26

Ardupilotmega imu shield / v1.0

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

CUADRO Nº 3

LED´S INDICADORES EN LA PLACA IMU SHIEL V1.0

LEDs: Comportamiento

Power Encendido cuando hay energía.

TX lectura de datos entrantes por el puerto USB/FTDI

RX lectura de datos salientes por el puerto USB/FTDI

A Green LED. After initial and successful boot this LED will be on

A (Solid) System ready and motors are disarmed, safe to move quad

A (Blink slow) Motors armed, Stable flight mode

A (Blink rapid) Motors armed, Acro flight mode

B Yellow LED. GPS Position Hold Status

B (ON) GPS position hold on

75

B (OFF) No GPS hold

C Red LED. GPS Fix Status

C (ON) 2D or 3D fix lock on GPS

C (OFF) No reliable GPS info available

Fuente: Repositorio de google.

Investigador: Walter Macao

Componentes de la Imu Shield

Altímetro.

El altímetro muestra la altura a la cual está volando el avión. El hecho de que sea el

único aparato que indica la altitud del aeroplano hace del altímetro unos de los

instrumentos más importantes. Para interpretar su información, el piloto debe conocer

sus principios de funcionamiento y el efecto de la presión atmosférica y la

temperatura sobre este instrumento. (Muñoz, 2010)

Variómetro.

El variómetro o indicador de velocidad vertical muestra al piloto dos cosas: a) si el

avión está ascendiendo, descendiendo, o vuela nivelado; b) la velocidad vertical o

régimen, en pies por minuto (f.p.m), del ascenso o descenso. Este instrumento

también se denomina abreviadamente VSI (Vertical Speed Indicator).

El variómetro es un instrumento sensible a la presión que indica la tasa o régimen de

ascenso/descenso del avión en pies por minuto, su funcionamiento está basado en la

76

contracción/expansión de un diafragma o membrana por la diferencia de presión entre

el interior y el exterior de la misma.

Aunque este aparato funcione por presión diferencial, solo necesita recibir la presión

estática. (Muñoz, 2010)

Indicador de actitud

El indicador de actitud, también llamado horizonte artificial, es un instrumento que

muestra la actitud del avión respecto al horizonte. Su función consiste en

proporcionar al piloto una referencia inmediata de la posición del avión en alabeo y

profundidad; es decir, si está inclinado lateralmente, con el morro arriba o abajo, o

ambas cosas, con respecto al horizonte. La incorporación del horizonte artificial a los

aviones ha sido fundamental para permitir el vuelo en condiciones de visibilidad

reducida o nula.

Este instrumento opera en base a una propiedad giroscópica, concretamente la de

rigidez en el espacio. (Muñoz, 2010)

Gps

El GPS (Sistema de posicionamiento global) es un sistema global de navegación por

satélite que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una

persona o un vehículo, con una precisión hasta de centímetros. El GPS funciona

mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el globo, a 20.200 kph, con

trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra.

77

Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza

automáticamente como mínimo tres satélites de la red. Al final obtenemos la

longitud, latitud y altura de donde se encuentra ubicado el receptor GPS. Un receptor

GPS es muy útil en robótica para saber la posición de un robot respecto a la tierra.

(Wikipedia, www.wikipedia.org, 2013)

Gráfico Nº 27

Módulo GPS

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Tarjeta Ardupilot con Atmel 2560

ArduPilot Mega es un piloto automático totalmente programable requiere un módulo

GPS y los sensores ( Tarjeta IMU) para el funcionamiento de un vehículo aéreo no

tripulado (UAV). El piloto automático se encargará de la estabilización y la

navegación, eliminando la necesidad de un sistema de estabilización por separado.

También admite un modo de "fly-by-wire" de que pueda estabilizar la aeronave

durante el vuelo de forma manual bajo el control de RC, por lo que es más fácil y más

seguro para volar. El hardware y software son de código abierto.

La placa es delicada por lo que se requiere de un cierto nivel de práctica en soldadura

electrónica para no malograrla. El Firmware por lo general ya viene cargado desde la

78

tienda, pero el software de piloto automático debe ser descargado y cargado a la placa

por el usuario y se programa con el IDE de Arduino.

Características:

El controlador diseñado para ser usado con aeronaves autónomos, en

coche o en barco.

Basado en un procesador ATmega2560 - 16MHz.

Incorpora FailSafe, utiliza un circuito separado (chip multiplexor y el

procesador ATMega328) para transferir el control del sistema de RC

para el piloto automático y viceversa. Incluye la capacidad de reiniciar

el procesador principal en pleno vuelo.

Doble procesador con 32 MIPS de potencia a bordo

Soporta waypoints en 3D y rutas (limitado sólo por memoria)

Viene con un conector de 6-pin GPS.

Tiene 16 entradas analógicas (con ADC en cada una) y 40

entradas/salidas digital de para agregar sensores adicionales

Cuatro puertos serie dedicada a la telemetría bidireccional (utilizando

módulos XBee opcional) y la expansión

Puede ser alimentada por el receptor RC o una batería independiente

Hardware-driven servo control: lo que significa menos sobrecarga del

procesador, respuesta más rápida y menos nerviosismo.

79

Ocho canales RC (incluyendo el piloto automático encendido /

apagado de canal) puede ser procesada por el piloto automático.

LED de encendido, estado de FailSafe, piloto automático y GPS

Software de piloto automático.

Dimensiones: 40mm x 69mm

Gráfico Nº 28

Esquema de la placa Ardupilot con Atmel 2560

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

80

CUADRO Nº 4

LED INDICADORES EN LA PLACA ARDUPILOT ATMEL 2560

LEDs: Comportamiento

Power Encendido cuando tiene energía.

MUX Encendido cuando el switch está en modo manual.

PPM Flashea cuando recibe señales del radio control

Fuente: Googledocs

Investigador: Walter Macao

SISTEMA PROPULSOR

Motores brushless

Los motores brushless o trifásicos son muy superiores a los motores DC en dos

aspectos fundamentales: relación potencia-peso (también menor tamaño para la

misma potencia) y eficiencia. Esto implica que la cantidad de energía eléctrica que se

transforma en energía mecánica es mucho mayor.

La palabra brushless se puede traducir como "sin escobillas", estos motores carecen

de colector y escobillas o carbones como podemos ver en el gráfico Nº29. En vez de

funcionar en DC funcionan en AC, la mayoría se alimentan con una señal trifásica,

esta señal idealmente debería ser sinusoidal, pero en la práctica son pulsos.

La tendencia en los sistemas quadrotores es utilizar los motores brushless, ya que

ofrecen mayor rendimiento y mayor potencia ante las baterías.

81

Como se observa en el diseño del quadrotor se ha utilizado este tipo de motores DC

por su sencillez de uso y el precio económico que tienen. (E-Radiocontrol, 2012)

Gráfico Nº 29

Motores electrico Brusheless

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Esc (Control electrónico de velocidad)

El Controlador electrónico de Velocidad por sus siglas en inglés, es un dispositivo

electrónico que controla la velocidad del motor.

Gráfico Nº 30

Circuito control electrónico de velocidad

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Este dispositivo tiene las siguientes características:

82

A la izquierda:

Cable rojo y negro: Alimentación del motor, va conectado a la placa de

distribución de energia.

Un Conector de 3 pins que será la encargada de recibir, procesar y

transformar las señales enviadas por la placa de control.

Amarillo: Señal PWM 50Hz desde la placa de control.

Rojo y negro: Alimentación del ESC

A la derecha:

3 cables de trifásica para la alimentación de los motores los cuales

enviarán corriente y proporcionará la dirección de giro del motor.

Hélices

La hélice es un dispositivo constituido por un número variable de aspas (2, 3, 4...)

que al girar alrededor de un eje producen una fuerza propulsora. Cada pala está

formada por un conjunto de perfiles aerodinámicos que van cambiando

progresivamente su ángulo de incidencia desde la raíz hasta el extremo (mayor en la

raíz, menor en el extremo). (Muñoz, 2010)

La hélice está acoplada directamente o a través de engranajes o poleas (reductores) al

eje de salida de un motor (de pistón o turbina), el cual proporciona el movimiento de

rotación.

83

Gráfico Nº 31

Hélices para la propulsión

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

SISTEMA ELÉCTRICO

La energía eléctrica es necesaria para el funcionamiento de muchos sistemas e

instrumentos del aeroplano: arranque del motor, radios, luces, instrumentos de

navegación, y otros dispositivos que necesitan esta energía para el funcionamiento de

motores, placas controladoras, sensores y en algunos casos accionamiento de flaps,

subida o bajada del tren de aterrizaje, avisador de pérdida de señal, baja de energía.

Hace varios años muchos aeroplanos no contaban con un sistema eléctrico en la

actualidad muchos aviones están equipados con un sistema eléctrico cuya energía

alimenta a otros sistemas y dispositivos. Este tipo de dispositivos necesitan de la

energía eléctrica proporcionada ya que el corte de esta energía influye directamente

84

en los motores, si hay ausencia de energía los motores dejaran de girar y por ende el

avión se ira a pique.

La mayoría de los aviones de este tipo tienen un sistema de corriente continua de 12

voltios la misma que suministra la potencia necesaria para su funcionamiento existen

aviones de mayor tamaño que están dotados de sistemas de 24 voltios, pues necesitan

mayor capacidad para sus sistemas más complejos, incluyendo la energía adicional

para arrancar motores más pesados.

Circuito reductor de voltaje

La reducción de energía se produce debido a que el dispositivo encargado de la

recolección de datos (Fotografías y videos) requiere un voltaje menor al suministrado

por la batería que alimenta de energía a todos los sistemas y subsistemas con los

cuales consta el dispositivo.

Se requiere reducir 12V a 5,5V de corriente, para esto utilizaremos cuatro elementos

electrónicos muy conocidos, como son:

Diodo

Capacitor

Circuito LM7805

Resistencia

85

Gráfico Nº32

Esquema circuito reductor de corriente

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Como se puede apreciar en el gráfico, su diseño es relativamente fácil de hacer, se

puede ver el pin‐out del LM7805. Input es la entrada de voltaje no regulado y debe

ser mayor que 7V. GND es la tierra y Output es la salida de 5V regulada.

A nuestra circuito le estamos entregando 12V (podemos suministrar hasta 15V) y 5V

a nuestra salida para la cámara wireless.

Placa de distribución de energía

La placa de distribución de energía es la encargada de recibir y distribuir la carga de

corriente suministrada por la batería hacia los motores, los CES de los motores, las

placas de control de vuelo, tarjeta de los sensores, cámara, receptor de radio.

86

Batería.

La batería o acumulador, como su propio nombre lo indica, transforma y almacena la

energía eléctrica en forma química. Esta energía almacenada se utiliza para arrancar

el motor, y como fuente de reserva limitada para uso en caso de fallo.

Por muy potente que sea una batería, su capacidad es notoriamente insuficiente para

satisfacer la demanda de energía de los sistemas e instrumentos del avión, los cuales

la descargarían rápidamente. Para paliar esta insuficiencia, los aviones están

equipados con generadores o alternadores. (Muñoz, 2010)

Este tipo de baterías deben ser manipuladas con cuidado puesto que necesitan de un

cargador especial que suministre la posibilidad de balancear la carga y suministrar el

voltaje adecuado para alargar su tiempo de vida útil y operativa.

Alarma de batería baja

Es un dispositivo encargado de medir el voltaje suministrado por la batería y

compararlo con un rango de valor en las cuales el funcionamiento de todos y cada

uno de los componentes del dispositivo volador podrán funcionar a la perfección,

cumpliendo las expectativas esperadas.

MÓDULO DE CONTROL

La esencia de todo dispositivo es la forma mediante la cual recibe órdenes desde y

hacia el dispositivo, ya que al no ser un dispositivo autónomo y carente de algunos

sensores hacen que el dispositivo dependa en un 95% de quien lo controle, es decir,

87

controle su comportamiento al volar, dirección de vuelo, altitud, evasión de

obstáculos.

El módulo para el control del dispositivo consta básicamente de dos partes: un

transmisor que es quien envía las señales al dispositivo y un módulo receptor que

quien traduce las señales recibidas para que se ejecuten en el dispositivo.

Módulo de comunicación

Este equipo debe ser adecuadamente reseteado antes de poder utilizarlo. Todos los

interruptores ubicados en la parte superior del Transmisor deben estar en posición

hacia atrás. Todos los ubicados en el frente deben estar en posición hacia arriba y las

palancas deben estar en posición de descanso ( cero ) antes de encenderlo y proceder

a programarlo, al no tener en cuenta estas normas para su correcto se generara en el

módulo un código de error.

A fin de prevenir posibles daños o accidentes, se debe proceder de la siguiente

manera para apagar o encender el equipo:

1. Posicionar el Stick de Aceleración en su punto cero ( abajo )

2. Encender el Transmisor y espere a que aparezca la información en el Display

3. Asegurarse de seleccionar el tipo de modelo a volar adecuado

4. Extender a una posición adecuada la antena

5. Encender el Receptor

88

6. Probar todos los controles. Si se detecta que un servo no actúa adecuadamente

NO intente volar el modelo hasta verificar y corregir el problema.

7. Encender / Acelerar levemente el motor

8. Realizar el procedimiento de prueba de distancia ( regla de los 30 pasos )

9. Después de volar, llevar y asegurar el Stick de Aceleración a su punto cero

(abajo).

10. Apagar el Receptor

11. Apagar el Transmisor

Básicamente, el sistema TURNIGY 9X consta de tres componentes. Transmisor (Tx),

Módulo RF de señal, y Receptor (Rx) tal como muestran las imágenes del gráfico.

Gráfico Nº 33

Componentes del sistema de control dispositivo-tierra

89

Transmisor TGY-9X

Módulo CT8J-9X Receptor CR8F-9X

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

En el gráfico se muestra la distribución de los Controles en el equipo TURNIGY 9X.

Algunos de estos pueden venir de fábrica en distinta posición. Así también, algunas

funciones pueden modificarse mediante el Menú del Panel de Control.

Gráfico Nº 34

Vista frontal- posterior, distribución de controles en el módulo transmisor

90

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Arranque de Motores.

A la hora de arrancar el motor, el hecho de que este se encuentre frío y que el aceite

tardará unos segundos antes de llegar a todos los sitios, aumenta las posibilidades de

que un manejo incorrecto le produzca daños.

91

IMPLEMENTACIÓN

Control, Configuración, Calibración y Simulación Del Dispositivo

El control del dispositivo está dado por la tele-operación, es decir, esta teledirigido

por un usuario el cual se encarga de gestionar todas las operaciones de control desde

la base en tierra.

Gráfico Nº 35

Dinámica de operación

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

La configuración y calibración de los sensores que conforman o constituyen este

dispositivo es uno de los aspectos más importantes y fundamentales para su correcto

vuelo, de ello dependerá lo que se espera lograr.

ESTACIÓN EN TIERRA

TELECONTROL Y

OPERACIÓN

92

Gráfico Nº 36

Esquema de Calibración y configuración

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Plataforma para la Configuración Y Calibración del Dispositivo Aéreo

La plataforma para la configuración del dispositivo es una herramienta de software

relativamente fácil de usar y muy intuitiva para el usuario, esta herramienta nos

permite gestionar todos los parámetros de configuración necesarios, parámetros

como: instalación del firmware, simulación de vuelo, calibración de sensores, radio

control, altímetro, magnetómetro, configuración del frame entre algunas utilidades

más.

Instalación de firmware

Para la instalación del firmware no es necesario tener montado todo el dispositivo,

solo bastará con tener montada la placa de control y la placa de sensores, cabe

recalcar que en todo momento estas dos placas deben estar sobre una superficie plana

debidamente nivelada, pues al no hacerlo así se corre el riesgo de obtener datos de

configuración imprecisos y con ello un mal funcionamiento de vuelo.

MISSION PLANNER

CONFIGURACIÓN Y

CALIBRACIÓN

93

La instalación del software de control se lo puede realizar de dos maneras diferentes a

través del Ide de Ardino y mediante Mission Planner en caso de no tener

conocimientos de programación de micro controladores, es recomendable usar la

segunda opción ya que brinda al usuario la comodidad de utilizar un entorno grafico

para realizar este proceso.

MISSION PLANNER

El Planificador de Misión, fue creado por Michael Oborne, hace mucho mas que

planificar misiones. Estas son algunas de las características de este software:

Point-and-click entrada waypoint, usando Google Maps.

Seleccionar los comandos de la misión de menús desplegables

Descargar archivos de registro de la misión y analizarlos

Configurar las opciones de APM para su fuselaje

Interfaz con un simulador de vuelo de PC para crear un completo

simulador de UAV.

Ver la salida de la terminal serial de APM

Elementos Del Mission Planner

Flight Data

La ventana de datos de vuelo nos proporciona la información sobre la dirección,

altitud, nivel de batería, dirección de vuelo, datos de conexión mediante telemetría,

enfocándose primordialmente en la altitud y ubicación del dispositivo en vuelo o en

tierra para su configuración.

94

Posee tres ventanas en las cuales se puede visualizar el estado del dispositivo y sus

sensores.

Gráfico Nº 37

Ventana de datos de vuelo(Flight data)

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Flight Planner

El Programador de vuelo permite planificar el vuelo del dispositivo y otras acciones

de secuencias de comandos.

Proporciona información del dispositivo proporcionada por el GPS sobre la Latitud,

Longitud, altitud y la distancia desde un punto a otro.

Muy útil para planificar misiones autónomas y de fácil programación, la ventana

principal nos permite ubicar en el mapa al dispositivo mediante la utilización del GPS

y el punto o los puntos geo-referenciales a los cuales se puede programar alguna tarea

de reconocimiento no disponible sin el equipamiento de telemetría

95

Gráfico Nº 38

Ventana del plan de vuelo (solo con módulo telemetría).

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Configuración

La ventana de configuración inicial nos proporciona herramientas necesarias para la

instalación del firmware para cargar el código necesario según sea el caso de nuestro

dispositivo.

El asistente de configuración le guiará para hacer los ajustes necesarios en la

instalación, calibración de sensores críticos para el buen funcionamiento del

dispositivo.

96

La herramienta para configurar hardware adicional nos permite manipular el radio de

frecuencia, velocidad de transmisión, canal para la transmisión de radio así como el

máximo y mínimo de la potencia de frecuencia, velocidad del aire entre otros

parámetros importantes.

Gráfico Nº 39

Ventana para la configuración Inicial (firmware)

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Configuración Inicial

La configuración proporciona las herramientas necesarias para la configuración del

radio control, personaliza el PIDS y otros entornos críticos, como la activación y

desactivación de hardware.

97

Es posible que todas las características del software no estén disponibles al no estar

sincronizados el hardware con el software, permitiendo además la manipulación de

ciertos parámetros de la cámara a bordo que se utiliza, cabe destacar que todas esta

características estarán activadas si se posee un módulo de telemetría a bordo

sincronizado con la cámara.

Gráfico Nº 40

Ventana para la configuración especial (parámetros vuelo y sensores)

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Simulación

El modulo que provee Mission Planner proporciona la mejor herramienta para la

simulación de vuelo para familiarizarse con los controles y la conducción o

manipulación de la aeronave en uso, solamente habrá que configurar cierto valores

previos e inicializar el simulador.

98

Gráfico Nº 41

Ventana para la simulación vuelo

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

Terminal

La consola del terminal provee herramientas útiles para la prueba, configuración,

gestión de sensores, servomotores, radio control, barómetro, altímetro, gps entre

algunos.

Muy útil para comprobar la dirección de rotación de motores, calibración de los

controladores electrónicos de velocidad y la obtención de datos, la terminal se maneja

en ambiente comando, no existe modo gráfico y provee las mismas utilidades que los

demás módulos del software para ejecutar el modo terminal se debe desconectar del

modo gráfico.

99

Gráfico Nº 42

Consola terminal ambiente D.O.S

Elaboración: Walter Macao

Fuente: Investigador

100

FUNDAMENTACIÓN LEGAL

El proyecto de implementación denominado “DISEÑAR E IMPLEMENTAR UN

DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO

MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, tiene como objetivo tecnificar algunos

procesos dentro de las instituciones públicas y privadas que vean en este dispositivo

una herramienta que agilice sus actividades, cuya fundamentación legal se basa en

dos artículos, el primero el Art. 350 de la Constitución de la República del Ecuador,

cuyo texto explica (…El sistema de educación superior tiene como finalidad la

formación académica y profesional con visión científica y humanista; la investigación

científica y tecnológica; la innovación, promoción, desarrollo y difusión de los

saberes y las culturas; la construcción de soluciones para los problemas del país, en

relación con los objetivos del régimen de desarrollo.)

El segundo Artículo pertenece al Reglamento de Cursos de Graduación de Ingeniería

en Sistemas Computacionales, que es el Art. 33, que versa (…La autoría del Proyecto

de Grado pertenece al (o los) egresados que lo realizaron, correspondiéndole a la

Universidad los derechos que generen la aplicación del producto final.)

101

HIPÓTESIS

1. ¿ El diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento

aéreo utilizando mecatrónica y robótica como apoyo a la Asociación de

usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle facilitaría la exploración de

pequeñas áreas de terreno que son de difícil acceso agilizando así los

procesos de obtención de datos en periodos de tiempo relativamente cortos?

2. ¿Cómo las herramientas tecnológicas en la actualidad influyen en la las

actividades de los Funcionarios de la Asociación del Sistema de Riego

Manuel de J Calle?

HIPÓTESIS NULA

3. ¿La aplicación de este dispositivo como a la Asociación de usuarios

del Sistema de Riego Manuel de J Calle no tendrá como consecuencia un

costo reducido en los gastos, trabajos que realizan y la información que

otorgan?

102

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN

Cuadro Nº5

Variables de la Investigación

HIPÓTESIS VARIABLE

INDEPENDIENTE

VARIABLE

DEPENDIENTE

1. ¿El diseño e

implementación de un

dispositivo de

reconocimiento aéreo

utilizando mecatrónica y

robótica como apoyo a la

Asociación de usuarios

del Sistema de Riego

Manuel de J Calle

facilitaría la exploración

de pequeñas áreas de

terreno que son de difícil

acceso agilizando así los

procesos de obtención de

datos en periodos de

tiempo relativamente

cortos?

Diseño e implementación del

dispositivo de

reconocimiento aéreo.

Exploración de

pequeñas áreas de

terreno de difícil acceso

2. ¿Cómo las Herramientas tecnológicas Actividad Laboral

103

herramientas

tecnológicas influyen en

las actividades de

muchos funcionarios y

en la veracidad de la

información?

Información

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

DEFINICIONES CONCEPTUALES

En el siguiente cuadro las definiciones conceptuales están ordenadas alfabéticamente.

Cuadro Nº6

Definiciones Conceptuales

VARIABLES DEFINICIÓN

Diseño e implementación del

dispositivo de reconocimiento

aéreo. (V.I)

El diseño constituye el primer paso en el proceso

de construcción de algo posteriormente a esto se

elabora los materiales, métodos y técnicas

necesarias para plasmar en una realidad el diseño

a esto se le llama implementación.

Exploración de pequeñas áreas

de terreno de difícil acceso

Viaje que se hace por un lugar desconocido o

poco conocido para conocerlo o estudiarlo, o

104

(V.D). para descubrir lo que se halla en él.

Herramientas Tecnológicas

(V.D).

Están diseñadas para facilitar el trabajo y

permitir que los recursos sean aplicados

eficientemente intercambiando información y

conocimiento dentro y fuera de las

organizaciones

Actividad Laboral(V.D) Se entiende por laboral a todas aquellas

situaciones o elementos vinculados de una u otra

forma con el trabajo, entendido este último como

cualquier actividad física o intelectual que recibe

algún tipo de respaldo o remuneración en el

marco de una actividad o institución de índole

social.

Información (V.D) La información es un conjunto organizado de

datos procesados, que constituyen un mensaje

que cambia el estado de conocimiento del sujeto

o sistema que recibe dicho mensaje.

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

105

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Modalidad De La Investigación

Para el presente tema de tesis se va a utilizar la investigación documental y la

investigación exploratoria y experimental, la investigación documental nos va a

permitir obtener información proveniente de libros, folletos, revistas, periódicos e

información en la web para obtener información sobre el tema de tesis, mientras tanto

que con la investigación exploratoria nos adentraremos en un tema que es

desconocido y nos va a acercar más al tema y su utilidad real, a su vez la

investigación experimental nos permitirá tabular la información recabada y analizarla

posteriormente.

Investigación Bibliográfica.- Consiste en la búsqueda de información sobre una

temática determinada, que debe realizarse de un modo sistemático. Es el proceso de

búsqueda de información en documentos para determinar cuál es el conocimiento

existente en un área particular. Este tipo de investigación es una forma de hacer

ciencia al sistematizar y organizar los elementos cuyas características son comunes

para descubrir patrones de comportamiento.

106

Investigación aplicada. Se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los

conocimientos que se adquieren. La investigación aplicada se encuentra

estrechamente vinculada con la investigación básica, pues depende de los resultados y

avances de esta última; esto queda aclarado si nos percatamos de que toda

investigación aplicada requiere de un marco teórico. Sin embargo, en una

investigación empírica, lo que le interesa al investigador, primordialmente, son las

consecuencias prácticas.

Investigación de Campo.- Parte del lugar de los hechos, apoyándose en encuestas,

cuestionarios y observaciones. En la ejecución de los trabajos de este tipo, tanto el

levantamiento de información como el análisis, comprobaciones, aplicaciones

prácticas, conocimientos y métodos utilizados para obtener conclusiones, se realizan

en el medio en el que se desenvuelve el fenómeno o hecho en estudio. La

presentación del resultado se complementa con un breve análisis documental.

Tipo de investigación

El tipo de investigación que se aplicó en el proyecto “DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO

AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, es la investigación

aplicada. Las investigaciones aplicadas son la respuesta efectiva y fundamentada a un

problema detectado, descrito y analizado. La investigación aplicada concentra su

atención en las posibilidades efectivas de llevar a la práctica las teorías generales, y

destina sus esfuerzos a resolver los problemas y necesidades que se plantean los

107

hombres en sociedad en un corto, mediano o largo plazo. Es decir, se interesa

fundamentalmente por la propuesta de solución en un contexto físico-social

específico

Las características de esta investigación es que se utiliza cuando el conocimiento no

es tan basto y es impreciso, por tal motivo nos impide sacar las conclusiones asertivas

sobre qué aspectos son relevantes y cuáles no, este tipo de investigación nos ayuda a

realizar un estudio exploratorio sobre el tema planteado, para empezar a conocerlo y

familiarizarse con él, para precisar mejor el problema que nos interesa solucionar.

La investigación aplicada se caracteriza por buscar aplicar los conocimientos que se

adquieren para dar solución a una determinada problemática detectada sobre alguna

situación o proceso que se está dando en determinado lugar o situación.

La investigación aplicada depende gran manera de los avances y descubrimientos de

la investigación básica pero se caracteriza en la aplicación, utilización y puesta en

marcha de los conocimientos adquiridos con anterioridad, a la investigación aplicada

se la puede clasificar según el objetivo que esta persigue ya sea por la formulación de

leyes, desarrollo de nuevos instrumentos o el mejoramiento de equipo a existente, etc.

108

POBLACIÓN Y MUESTRA

Considerando como población a todas los habitantes del Cantón La Troncal en la

Provincia del Cañar, esta se conformó por los funcionarios de la Asociación de

Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle y sus usuarios.

Población

La población que se eligió para este proyecto que tiene como primera parte ver los

beneficios que trae el uso de este dispositivo para los usuarios del sistema de riego,

para lo cual se escogió a los finqueros y hacendados del recinto Zhucay y a las

personas encargadas de la administración del Sistema de Riego Manuel de J Calle del

Cantón La Troncal.

Como referencia a continuación se detalla en un cuadro por cuantas personas está

conformada esta asociación y las personas que están encargadas de la administración

del Sistema de Riego Manuel de J Calle del Cantón La Troncal.

CUADRO Nº 7

TAMAÑO DE LA POBLACIÓN

POBLACIÓN

Número

total de

individuos

%

Usuarios Sistema riego 2000 97

Personal Administrativo y funcionarios de la

Asociación de Usuarios del Sistema de Riego MJ Calle 60 03

TOTAL 2060 100

Fuente: Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle

Elaboración: Investigador

109

CUADRO Nº 8

POBLACIÓN FUNCIONARIOS

Y USUARIOS DE LA ASOCIACIÓN DEL SITEMA DE RIEGO MANUEL DE

J CALLE

Fuente: Administrativos, Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle

Elaboración: Investigador

Muestra

Para obtener el tamaño de la muestra tanto de los usuarios del sistema y el

departamento se basó en la siguiente formula dada:

Fórmula

0

500

1000

1500

2000

2500

Usuarios Sistema Departamento Catastro

Títu

lo d

el e

je

POBLACIÓN USUARIOS Y ADMINISTRATIVOS DEL SISTEMA DE RIEGO MANUEL DE J CALLE

110

Tamaño de la muestra Usuarios Sistema de Riego Manuel de J Calle

El tamaño de la muestra de este medio es de 123 de una población de 220 usuarios, a

los cuales se les procederá a realizar la respectiva encuesta.

Tamaño de la muestra de los funcionarios de la Asociación de usuarios del

Sistema de Riego Manuel de J Calle

P = Constante de la varianza poblacional (0.25)

N= Tamaño de la población (220)

E= error de estimación (6%)

K= Coeficiente de corrección del error (2)

n = Tamaño de la muestra (123)

P = Constante de la varianza poblacional (0.25)

N= Tamaño de la población (60)

E= error de estimación (6%)

K= Coeficiente de corrección del error (2)

n = Tamaño de la muestra (49)

01.123

4471.0

55

25.01971.0

55

25.0)0009.0)(219(

55

25.04/)0036.0)(219(

55

25.02/06.0)1220(

22025.022

n

n

n

n

n

xn

49

3031.0

15

25.00531.0

15

25.0)0009.0)(59(

15

25.04/)0036.0)(59(

15

25.02/06.0)160(

6025.022

n

n

n

n

n

xn

111

De una población de 60 funcionarios de la Asociación de usuarios del Sistema de

Riego Manuel de J Calle, se obtiene una muestra cuyo tamaño es de 49 Funcionarios

a quienes se les hará la encuesta.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

CUADRO Nº 9

MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Variables Dimensiones Indicadores Técnicas y/o

Instrumentos

V. I.

Mecatrónica.

Aplicación Diseño

Funcionabilidad

Actualizable

Prueba de

campo

V. I.

Robótica.

Aplicación Diseño

Construcción

Función

Operación

Prueba de

campo

V.D

Dispositivo.

Educativo

Mejora de las

herramientas de

recolección de

datos

Encuestas,

Participación,

V.D.

Actividad Laboral

Tecnología Tiempo de

respuesta y calidad

Encuestas

Ponderación

de resultados

V.D.

Información

Tecnología Utilidad de la

utilización de las

herramientas

tecnológicas

Encuestas

Ponderación

de resultados

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

112

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Técnicas

Las técnicas que se utilizaron como instrumentos para la recolección de datos fueron

la documental, con el fin de lograr tener una visión de los resultados previsto con la

implementación del dispositivo.

La técnica documental es la principal en este proyecto ya que permite recolectar datos

de diferentes fuentes bibliográficas, el análisis de contenido, asi como la lectura

científica para obtener la información necesaria. Así mismo mediante el cuestionario

aplicado a la muestra de los funcionarios de las instituciones antes descritas, se puede

afirmar que el proyecto descrito es factible. Para obtener información se realizara las

pruebas respectivas que ayudaran a obtener datos y corregir problemas en la

estructura o algún aspecto fundamental del dispositivo del presente proyecto.

113

CUADRO Nº 10

TÉCNICAS E INSTRUMENTOS

TÉCNICA INSTRUMENTOS

Documental Fichas

Bibliográficas,

Lectura Científica,

Campo

Aplicada

Cuestionario

Pruebas preliminares

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Instrumentos

Los instrumentos a los que se recurrieron para producir la información y obtener

resultados fueron los siguientes de acuerdo a las técnicas que se emplearon:

Las fichas bibliográficas, se usaron para poder anotar los artículos o

libros que son útiles para esta investigación. En ellas se registraron las fuentes

encontradas, como en una bibliografía, en índices de publicaciones, etc.

El Cuestionario, instrumento que se utilizó para obtener información,

el cual contiene preguntas cerradas con varias alternativas sobre si conocen

nuevas herramientas tecnológicas, la manipulación de esta herramientas y si

estas herramientas ayudaran en gran medida a su desempeño laboral.

114

Características del instrumento

Fichas bibliográficas

Este instrumento se utilizó para facilitar anotar los datos de un libro o artículo que

fueron útiles para la investigación. Se utilizaron las fichas de registro bibliográficas

Cuestionario

Este instrumento refleja sobre la situación real y lo que respecta a las herramientas

tecnológicas que se requiere o se posee dentro de estas instituciones. Este instrumento

fue expresado en forma escrita, no tenía límite de tiempo para la contestación, son de

tipo cerradas; Se realizó en forma individual en conversaciones que se sostuvieron

para describir porque se realizaba este tipo de instrumento y el para que de él. La

persona que se encargó de realizar la encuesta fue el Sr. Walter Macao, autor del

proyecto, el horario en que se realizó las encuestas fueron de 8:30 hasta las 09:30 los

días Lunes, Martes y Miércoles. También se realizó los días sábados en el horario de

10:00 a 11:00 los días sábados. La duración de la aplicación de la encuesta tomo

aproximadamente 90 días, debido a diferentes factores como disponibilidad y tiempo

de los funcionarios.

115

Descripción del instrumento

Ficha Bibliográfica

La ficha bibliográfica tienen un tamaño de 7.5 x 12.5 cm. Está conformado de las

siguientes partes:

Nombre del autor o autores.

Título de la Obra (subrayado).

Editorial

Número de Páginas que tiene el Libro.

Cuestionario

El instrumento constó de las siguientes partes:

Encabezado: Se identificó con el nombre de la Universidad, logotipo,

Facultad y la Carrera respectiva. Constó además de una breve explicación de

cómo deberían contestar el cuestionario. Nombre del Autor del proyecto.

Contenido: El cuestionario se elaboró y dirigió a los empleados o

funcionarios de las instituciones seleccionadas. Cada pregunta está diseñada

para valorar sobre el conocimiento que tiene que ver con las herramientas

tecnológicas que se usan, el conocimiento de estas herramientas y si estas

tecnologías servirán de apoyo a la gestión laboral.

116

Validación

Para obtener datos confiables para el presente proyecto, se sometió el instrumento a la

técnica de Juicio de Expertos: ésta técnica permitió validar el instrumento en su

contenido; ya que fue sometido a juicio de personas conocedoras en la elaboración de

cuestionarios. El Presidente o administrador de la Asociación de usuarios del Sistema

de Riego Manuel de J Calle como el director e ingenieros del MAGAP ayudaron

con sus criterios sobre la inclusión de nuevas herramientas tecnológicas en sus

funciones, como también en consejos sobre las preguntas del instrumento.

PROCEDIMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN

El Problema

o Planteamiento Del Problema:

o Ubicación Del Problema En Un Contexto

o Situación Conflicto Nudos Críticos

o Causas Y Consecuencias Del Problema

o Delimitación Del Problema

o Formulación Del Problema

o Solución

o Objetivos

o Justificación E Importancia

o ¿Cuáles Serán Los Beneficiarios?

o Alcance

117

Marco Teórico

o Antecedentes Del Estudio

o Fundamentación Teórica

o Fundamentación Legal

o Hipótesis

o Variables De La Investigación

o Definiciones Conceptuales

Metodología

o Diseño De La Investigación

o Modalidad De La Investigación

o Población Y Muestra

o Operacionalización De Variables

o Instrumentos De Recolección De Datos

o Instrumentos De La Investigación

o Procedimientos De La Investigación

o Recolección De La Información

o Procesamiento Y Análisis

o Criterios De Validación De La Propuesta

Marco Administrativo

Conclusiones y Recomendaciones

118

RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN

Para obtener información para y el porqué del proyecto “DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO

AÉREO, UTILIZANDO MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”, se utilizaron las

técnicas que se expusieron anteriormente. Las actividades seguidas para la

recolección de datos:

La fuente de investigación bibliográfica fueron: libros, revistas, sitios

web confiables, periódicos.

Se aplicó encuestas a Funcionarios y usuarios del Sistema de Riego

MJ Calle del Cantón La Troncal.

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS

Una vez realizada la recolección de datos se procedió a la tabulación y análisis de los

resultados. Se elaboró cuadros y gráficos de los datos que se obtuvieron. Todos estos

datos se tabularon mediante la utilización de Microsoft Office Excel 2010.

Análisis de datos

Presentación y Análisis de Resultados.- Se presentan a continuación los

resultados obtenidos en la aplicación de las encuestas a los Funcionarios y usuarios

del Sistema de Riego MJ Calle de esta misma ciudad y que representaron la muestra

de la investigación.

119

La imparcialidad está sujeta a la sinceridad con la cual respondieron todos y cada una

de las personas encuestados.

Análisis Cualitativo.- Se tomó en cuenta el análisis porcentual porque responde a la

naturaleza de la investigación y por ser de fácil interpretación para el lector.

Tabulación de datos

Con la tabulación de los datos obtenidos con el cuestionario se pretende obtener

información de suma importancia pues pregunta se diseñó para valorar sobre el

conocimiento que tiene que ver con las herramientas tecnológicas, el conocimiento de

estas herramientas y si estas tecnologías servirán de apoyo a la gestión laboral y a la

elaboración de la información.

120

CUADRO Nº 11

PRIMERA PREGUNTA

¿Cree usted que la tecnología influye de alguna manera en las actividades laborales

que desempeña a diario?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 147 85

No 13 8

Tal vez 12 7

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 43

PRIMERA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

El grafico nos proporciona una visión de cómo influye la tecnología, se observa

claramente que el 85% de los encuestados concuerda que la tecnología influye en sus

actividades laborales, un 8% opina que no influye para nada en sus actividades de

trabajo y un 7% cree que tal vez la tecnología si influye porque se la requiere a diario

pero que son ellos los que sobresalen en su trabajo.

85%

8% 7%

PRIMERA PREGUNTA

Si No Tal vez

121

CUADRO Nº 12

SEGUNDA PREGUNTA

¿Dispone de alguna o algunas herramientas tecnológicas para desarrollar sus

actividades?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 12 7

No 160 93

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 44

SEGUNDA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Al analizar detenidamente los datos tabulados de la segunda pregunta del cuestionario

nos podemos dar cuenta que:

En el 93% de los encuestados no usa a diario cualquier tipo de tecnología o

dispositivos para desempeñar sus actividades y apenas un 7% sabe de ellas y la utiliza

para su trabajo.

7%

93%

SEGUNDA PREGUNTA

Si No

122

CUADRO Nº 13

TERCERA PREGUNTA

¿Está familiarizado con los nuevos métodos y tecnologías para la recolección de

datos?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 4 2

No 168 98

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 45

TERCERA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Esta pregunta es de suma importancia y muy crítico para el desarrollo del proyecto,

pues se trata de tener una visión de los conocimientos de los usuarios con lo que

respecta a metodologías y herramientas tecnológicas de recolección de datos,

teniendo un 98% que desconoce más formas para recolección de datos y un 2% que

las conocen pero que no las utiliza por diferentes factores.

2%

98%

TERCERA PREGUNTA

Si No

123

CUADRO Nº 14

CUARTA PREGUNTA

¿Cuál es su nivel de conocimiento o cuanto está relacionado con toda la tecnología

disponible actualmente en el mundo?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Del 75 al 100% 25 15

Del 40 al 75% 113 66

Del 10 al 40% 28 16

Menos del 10% 6 3

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 46

CUARTA PREGUNTA - ESTUDIANTE

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

El análisis de datos nos presenta que de la totalidad de encuestados un 66% tiene o

sabe de tecnología moderna lee se informa o tiene acceso a ella, un 16% que tiene un

nivel menor de conocimiento, un 15% que esta diariamente informado conoce y tal

vez domina el tema y un 3% no está actualizado sobre tecnología moderna.

15%

66%

16%

3% CUARTA PREGUNTA

Del 75 al 100% Del 40 al 75% Del 10 al 40% Menos del 10%

124

CUADRO Nº 15

QUINTA PREGUNTA

¿Cuál es el método de recolección de datos que utiliza actualmente?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Traslado físico al lugar 160 93

Aplicación cuestionario 12 7

Dispositivos

Tecnológicos 0 0

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 47

QUINTA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

La aplicación de esta pregunta y su análisis es de suma importancia pues con esto se

busca conocer cómo se realizan las actividades de recolección de datos y la

constancia de si se aplica o no herramientas tecnológicas, este análisis nos arroja que

toda la operación es meramente mecánica pues se aprecia en un 93% que se trasladan

al lugar y un 7% aplican cuestionarios.

93%

7%

0%

QUINTA PREGUNTA

Traslado fisico al lugar Aplicación cuestionario Dispositivos Tecnologicos

125

CUADRO Nº 16

SEXTA PREGUNTA

¿Cree usted que la aplicación de herramientas tecnológicas ayudaría a mejorar

la recolección de datos? ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 157 91

No 5 3

Tal vez 10 6

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 48

SEXTA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Se encontró que el 91% de los encuestados está totalmente de acuerdo que la

aplicación de tecnología mejoraría esta tarea, el 6% de ellos opinan que tal vez y tan

solo un 3% concuerda que no mejoraría en nada.

91%

3%

6%

SEXTA PREGUNTA

Si No Tal vez

126

CUADRO Nº 17

SÉPTIMA PREGUNTA

¿Está usted familiarizado con dispositivos que permiten la captura de imágenes, tales

como cámaras, videocámaras, etc.

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 170 99

No 2 1

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 49

SÉPTIMA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Las personas encuestadas según la aplicación del cuestionario nos da una referencia

de que en un 99% todos ellos saben manipular o utilizar alguno de estos dispositivos

y que solo un 1% no lo está, esto quiere decir que todos alguna vez han tenido

contacto con esta forma de obtener datos.

99%

1%

SEPTIMA PREGUNTA

Si No

127

CUADRO Nº 18

OCTAVA PREGUNTA

¿Está usted de acuerdo que la institución donde labora proporciona las herramientas

tecnológicas adecuadas para desarrollar sus actividades?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 8 5

No 164 95

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 50

OCTAVA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Se puede constatar que en un 95% de los encuestados dice que no se les da las

herramientas tecnológicas adecuadas y que tan solo un 5% dice que si se les

proporciona, las personas que indicaron que no es porque la institución carece estos

recursos tan imprescindibles en la época actual.

5%

95%

OCTAVA PREGUNTA

Si No

128

CUADRO Nº 19

NOVENA PREGUNTA

¿Cree usted que la implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo facilite

la recolección de datos y el acceso a aéreas de difícil acceso?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Si 140 81

No 11 6

Tal vez 21 12

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 51

NOVENA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

El 81% concuerda que la aplicación de este dispositivo ayudaría muchísimo para

realizar su trabajo pues mejoraría los tiempos de recolección, mejoramiento y

veracidad de la información, un 12% que tal vez y tan solo un 7% que no, tal vez

porque desconoce la utilidad de este dispositivo.

81%

7% 12%

NOVENA PREGUNTA

Si No Tal vez

129

CUADRO Nº 20

DÉCIMA PREGUNTA

¿Cree usted que es el uso de la tecnología para la institución o departamento donde

labora es crítico?

ALTERNATIVA FRECUENCIA PORCENTAJE

Muy Critico 157 91

Critico 12 7

Nada Critico 3 2

TOTAL 172 100%

Fuente: Funcionarios Encuestados

Elaboración: Walter Macao

GRÁFICO Nº 52

DÉCIMA PREGUNTA

Fuente: Investigador

Elaboración: Walter Macao

Los funcionarios de las instituciones encuestadas están conscientes de aunque no

poseen los recursos tecnológicos necesarios que les ayuden en sus labores, están de

acuerdo que el uso de la tecnología es muy crítico esto se refleja en el 91%, solo un

12% que es crítico y tan solo un 2% que es nada crítico.

91%

7%

2%

DECIMA PREGUNTA

Muy Critico Critico Nada Critico

130

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA

Los criterios de validación de la propuesta que se utilizaron fueron los siguientes:

Juicio de Expertos.- Se realizó preguntas referentes a lo que la tecnología soluciona

problemas críticos en la sociedad y como está presente en el diario vivir, estas fueron

dirigidas a Docentes que dictan cátedras de tecnología e informática de la

Universidad Católica de Cuenca del Cantón La Troncal, provincia del Cañar, quienes

participaron fueron: la Ing. Gladys Buestan y el Ing. Luis Sánchez a los cuales se les

planteo preguntas importantes tales como: Cual será el futuro de la sociedad civil al

utilizar este tipo de dispositivos en actividades puntuales, cuáles son los beneficiarios

del uso de esta tecnología, en que campos se puede aplicar, si es factible y rentable a

largo plazo el diseño y desarrollo de este tipo de dispositivos y cuál será el futuro de

este tipo de dispositivos en el país.

Pruebas: Se realizó pruebas con el dispositivo implementado para comprobar

características que son importantes tanto con el rendimiento como su utilidad,

definiendo factores como el impacto que tiene o tendrá dicho dispositivo en la

sociedad civil.

131

CAPÍTULO IV

MARCO ADMINISTRATIVO

CRONOGRAMA

En el presente cuadro se presentan las actividades que se desarrollan y desarrollaran

para realizar el proyecto de tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN

DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO AÉREO UTILIZANDO

MECATRÓNICA Y ROBÓTICA”. Todas las actividades se empezaron a

desarrollar desde la primera semana del mes de Junio del 2012 y se desarrollan a

partir de esta fecha.

Cuadro Nº21

Cronograma

ACTIVIDAD TIEMPO

(DÍAS)

TIEMPO

(MESES)

Determinación del problema de investigación 30

1

Preparación del Tema de Investigación 10

0.5

Formulación de los objetivos (generales y

específicos). 10

0.5

Elaboración de los borradores de los Capítulos

I, II, III, IV, según la modalidad del curso de

elaboración de proyecto de Tesis

10

0.5

Ubicación del problema de investigación en el

contexto de su problemática. 10

0.5

Presentación del proyecto de investigación 13

0.5

Recolección de la información 47

1.5

Análisis de la información 30

1

Estudio de Elementos de suma importancia para

desarrollar este tema: 180

6

132

Diseño y modelado aeronáutico fuselaje

120 4

Aeromodelismo 10 0.5

Robótica 10 0.5

Meca trónica(Mecánica, Electrónica, etc. ) 10 0.5

Elaboración y Revisión del borrador Tesis

Final 10 0.5

Revisión Capítulo I 7 0

Revisión Capítulo II 7 0

Revisión Capítulo III 7 0

Revisión Capítulo IV 7 0

Revisión Capítulo V 7 0

Revisión Capítulo VI 7 0

Elaboración de conclusiones. 7 0

Elaboración de recomendaciones 7 0

Presentación del trabajo Investigación 577

18

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

En esta tabla de actividades se establece el tiempo aproximado para el estudio de las

diferentes ramas que serán necesarias para Diseñar, rediseñar e implementar el

dispositivo de reconocimiento aéreo, así como también el tiempo respectivo desde el

inicio de la elaboración de la tesis hasta el finalizar con la entrega del documento de

tesis. En este cronograma, se estableció un tiempo prudencial para las diferentes

actividades, que se van a realizar, considerando el tiempo aproximado de trabajo y

elaboración de 18 meses.

133

PRESUPUESTO

A continuación de define los distintos gastos que se tendrán para la elaboración y

cumplimiento con los objetivos citados del proyecto.

CUADRO Nº 22

Egresos

EGRESOS DÓLARES

A. Humano

Cursos y Ayudantías

$

300.00

B. Consumo

Computadora

Internet

60.00

400.00

C. Materiales

Fotocopias

Kit desarrollo Arducopter

Importación de

Componentes

Placas de Hardware

Arducopter, radiocontrol

Cámara IP

Varios componentes

electrónicos

Empastado, anillado de

tesis de grado

CD’s

50.00

900.00

300.00

350.00

150.00

350.00

50.00

5.00

D. Transporte

150.00

TOTAL………………………………………… 3065.00

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

134

CUADRO Nº 23

Ingresos

DESCRIPCIÓN COSTO

Inversión Inicial

$

1760.00

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

INGRESOS

Los recursos financieros para la realización del proyecto serán de inversión propia

conjuntamente con la ayuda del compañero que también utilizara este dispositivo para

realizar su proyecto de tesis, cuya inversión inicial será de un aproximado de

$1760.00 dólares americanos:

EGRESOS

A continuación se detalla los egresos que se tuvieron durante la realización del

proyecto de investigación.

CUADRO Nº 24

Equipos

Necesidad Recurso/Nombre Tiempo Valor

Realización de

investigación Computadora 18 meses 60.00

Investigación Web Servicio de Internet 18 meses 400.00

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

135

CUADRO Nº 25

Materiales

Necesidad Recurso/Nombre Valor

Investigaciones en

libros, revistas, etc. Fotocopias 50.00

Demostración

Práctica

Kit de desarrollo

Arducopter 860.00

Manipulación de

cámara

Placas Arduino,

radiocontrol 350.00

Presentación de la

tesis

Empastado,

anillado de tesis de

grado

50.00

Presentación digital

de tesis Cd’s 5.00

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

CUADRO Nº 26

Transporte

Necesidad Recurso/Nombre Valor

Traslado Gasolina, bus 300.00

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

136

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

De acuerdo al análisis de los resultados del instrumento aplicado para el proyecto de

investigación que fue el cuestionario y el posterior diseño, implementación y

pruebas del dispositivo se puede concluir lo siguiente:

El diseño e implementación de este dispositivo tiene un gran impacto, pues,

ayuda a la exploración de pequeñas áreas de terreno de difícil acceso de la

Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle y por lo

tanto ayuda a resolver una de las problemáticas dentro de esta entidad.

Los funcionarios de la Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel

de J Calle aseguran que la implementación de este tipo de dispositivo

ahorraría mucho tiempo, recursos humanos y materiales.

Esta tecnología ayudar, facilita y optimiza el tiempo requerido, recursos

humanos y económicos que intervienen en la observación y exploración

directa de esta áreas de difícil acceso en el Sistema de Riego Manuel de J

Calle.

137

Los usuarios del Sistema de Riego y sus Funcionarios están de acuerdo que

este tipo de tecnología es de gran importancia para tecnificar todas las tareas

y actividades dentro de su geografía local.

Los usuarios del Sistema de Riego están seguros que a la brevedad se debería

implementar este tipo de nuevas herramientas tecnológicas de

reconocimiento aéreo para vigilar y controlar sus cultivos.

El diseño y la construcción de este tipo de dispositivos está en pleno auge

debido a la importancia para muchas actividades que tienen un carácter

crítico y vital.

La Asociación de Usuarios del Sistema de Riego Manuel de J Calle está de

acuerdo que se debe avanzar día a día de mano con la utilización de

tecnología, pues esta está presente en todo ámbito y constituye un aporte

esencial para sus actividades y de la sociedad en general.

El diseño e implementación de este dispositivo es el apropiado para este tipo

de terreno, ya que no siempre el despegue se lo realizara en una superficie

plana.

Estos dispositivos ayudan en gran medida a salvaguardar la integridad física

pues todo se deriva a que ayuden al ser humano a facilitar su trabajo y

protegerlo de cualquier factor de peligro presente en su labor, respetando así

las leyes de la robótica.

La mayoría de países desarrollados en todo el mundo están utilizando estos

dispositivos para tareas de carácter militar, científico, meteorológico y ayuda

138

en desastres ecológicos y naturales utilizando diseños, placas y circuitería

cuyos esquemas y diseños son de fácil acceso para el público en general.

Para países en vías de desarrollo como el nuestro el costo de la

implementación de estos tipos de dispositivos no es tan elevado, lo que lo

hace factible de aplicar y utilizar.

Existen empresas en países desarrollados que se dedican a la investigación,

construcción, implementación y dotación de estas nuevas herramientas

tecnológicas.

Con la implementación de este dispositivo se entendió leyes de física

aplicables en el diseño de aeronaves, conceptos de aeronáutica civil,

mecatronica y robótica de servicio y como estas ciencias ayudan a mejorar

los instrumentos de trabajo en la actualidad.

Los UAV´S por sus siglas en ingles son el instrumento o la herramienta

tecnológica del futuro ya que no representan el desembolso un gran capital

económico para cualquier institución, corporación y empresa, sino, más bien

una gran de necesidad de suplir algunas carencias a nivel tecnológico pero

más que todo a largo plazo un ahorro sustancial de tiempo y recursos

económicos dejando en claro que el ser humano es un recurso fundamental y

primordial para la toma de decisiones mediante el análisis y la interpretación

de datos.

139

RECOMENDACIONES

La máxima autoridad de la institución presente en esta investigación debe

tomar en cuenta que la implementación de estos dispositivos representan un

gran beneficio para la institución y más que todo representan una gran ayuda

para proponer nuevas mejoras en sus tareas diarias.

La Asociación de Usuarios del Sistema de riego Manuel de J Calle debería

pensar en adquirir este tipo de herramienta tecnológica, pues, a este

dispositivo se le podría dotar de sensores específicos para realizar las tareas

que ellos más requieran y no solo este presente la toma de fotografías aéreas.

Se debe capacitar e incentivar a los funcionarios a estar informados sobre

como la tecnología mejora sus actividades.

En cuanto al dispositivo en sí, se recomienda en todo momento tomar las

medidas de precaución necesarias tanto para el dispositivo como para el ser

humano pues representa un peligro al momento de su implementación ya que

puede dañar la integridad física.

El material utilizado debido a ciertos factores económicos no es el más ligero,

por lo que se recomienda utilizar materiales más livianos y resistentes para la

construcción del fuselaje, se recomienda al 100% la utilización de la fibra de

carbono.

140

Es conveniente hacer al dispositivo lo más autónomo posible implementando

nuevos sensores a la placa de control y de cierta manera darle mayor

inteligencia artificial.

Se podría diseñar o implementar un módulo para retroalimentar

eléctricamente al dispositivo y así darle mayor durabilidad al vuelo.

Se podría mejorar el dispositivo encargado de la rotación de la cámara a

bordo para que gire horizontalmente 360 grados y 270 grados verticalmente.

Implementar un sistema de suspensión para el tren de aterrizaje el cual

absorba la presión generada en el tren en el aterrizaje.

Diseñar después de haber reducido el peso del dispositivo una coraza para

cubrir y proteger de la intemperie los dispositivos y sensores de los que está

constituido el dispositivo.

En todo momento para la calibración o programar nuevas funciones en el

dispositivo, sacar o realizarlas sin hélices ya que pueden dañar severamente la

integridad física y psicológica del programador.

Implementar una cámara con mayor resolución para capturar imágenes más

nítidas y de mejor calidad.

Sustituir el control remoto del dispositivo por uno de mayor sensibilidad y

precisión ya que con él cuenta en la actualidad no es el óptimo pero si es el

mejor.

Implementar un módulo de telemetría que reemplace la tecnología WIFI que

se utiliza para la captura de imágenes ya que esta tecnología tiene poco

141

alcance en cuanto a señal que la telemetría que utiliza frecuencias de radio

AM-FM-UHF o a su vez dotar al dispositivo de una cámara GSM que utilice

la red de cualquier operador celular presente en el país.

BIBLIOGRAFÍA

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Yanire, D. A. (28 de Mayo de 2014). Recuperado el 3 de Enero de 2014, de

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ANEXOS

Anexo Nº 1

Kit de Desarrollo Jdrones

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 2

CES y Motores Brushless

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 3

Placa controladora de Vuelo

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 4

ArduPilot Mega hardware

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 5

Magnetómetro

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 6

Conexión de la radio controladora

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 7

Visión de la conexión e instalación en el dispositivo de la radio controladora

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 8

Configuración X y controles en el dispositivo

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 9

Precauciones a tomar en cuenta durante y después de la programación

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 10

Posiciones en el control remoto

Fuente: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 11

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: www.youtube.com

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 12

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: www.youtube.com

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 13

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 14

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 15

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 16

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 17

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 18

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 19

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 20

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 21

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

Anexo Nº 22

Pruebas de vuelo Dispositivo Universidad Católica La Troncal

Fuente: Walter Macao

Elaboración: Walter Macao

I

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

“Diseño e implementación de un dispositivo de reconocimiento aéreo

utilizando Mecatrónica y Robótica”

MANUAL TÉCNICO Y USUARIO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

AUTOR:

WALTER GUSTAVO MACAO QUICHIMBO

GUAYAQUIL – ECUADOR

2014

II

ÍNDICE GENERAL

PORTADA

ÍNDICE GENERAL II

MANUAL TÉCNICO - USUARIO IV

CAPÍTULO I.- MANUAL TÉCNICO

Introducción 1

Objetivos Generales 1

CAPÍTULO II.- MANUAL TÉCNICO

Funcionalidad 2

Hardware 2

Software 2

CAPÍTULO III.- MANUAL DE USUARIO

Configuración y calibración del dispositivo 4

Instalación Mission Planner 4

Carga de Firmware 6

Configuración de Hardware 8

Selección de modelo 8

Calibrar de brújula 8

Calibrar Acelerómetro 10

CAPÍTULO IV.- MANUAL DE USUARIO

Configuración radio control 13

Multiled-control de configuración 13

Selección de Modo 14

Asignación de Nombre.Modo 16

III

Aplicación de modo 17

Calibración del radio control 17

Operación de encendido y apagado 21

CAPÍTULO V.- MANUAL DE USUARIO

Conexión y configuración camara 22

Instalación de iSpyCam 28

Conexión de una cámara IP a iSpyCam 28

Ajuste de la cámara 29

IV

MANUAL TÉCNICO - USUARIO

Dispositivo de Reconocimiento Aéreo utilizando Mecatrónica y

Robótica”

1

CAPÍTULO I

1.1 Introducción

El siguiente manual tiene como prioridad brindar orientación al usuario de este

dispositivo acerca de las características que posee, nombrando los componentes

necesarios para hacer posible el funcionamiento del mismo, citando los componentes

de hardware y software que intervienen en el dispositivo.

Así mismo se da a conocer el software que se necesita para verificar el correcto

funcionamiento de sensores, motores, radio control presentes en el dispositivo.

1.2 Objetivos Generales

Orientar al usuario en la configuración y puesta en marcha del dispositivo de

reconocimiento aéreo.

Brindar información relevante acerca de lo que se debe llevar a cabo para una

correcta configuración y uso

2

CAPÍTULO II

2.1 Funcionalidad

Para hacer posible la puesta en marcha la construcción y configuración del

dispositivo de reconocimiento aéreo, se necesita ciertos componentes de hardware y

software.

2.1.1 Hardware

El hardware necesario para la construcción del dispositivo de reconocimiento aéreo

viene dado desde la utilización de placas de circuitería que se encargan del control del

mismo mediante sensores que reciben y brindar información desde las placas de

control.

Las placas de control y demás componentes electrónicos necesarios para estas tareas

son:

Ardupilotmega Inu Shield/v1.0

Ardupilot con Atmel 2560

Placa Distribución de energía

Circuitos controladores de velocidad.

Transmisor-receptor de radio.

Servomotores

Motores trifásicos

Cámara cisco resolución máxima de 640x480

2.1.2 Software

El software que se utiliza es del todo de libre distribución y de código abierto el

mismo que se detalla:

Mission Planner

3

Spy Cam

Estos dos software me permiten la configuración y calibración del dispositivo el uno,

mientras que SpayCam m brinda el soporte para la captura de imágenes y videos en

tiempo real.

4

CAPÍTULO III

3.1 Configuración y calibración del dispositivo.

La configuración y calibración es la culminación con éxito del diseño y construcción

del dispositivo, ya que me permite otorgar al dispositivo de las funcionalidades

necesarias para su correcto funcionamiento, de la calibración dependerá el

comportamiento del dispositivo y la funcionalidad real, en todo momento se hace

necesario que todo esto se realice en un ambiente nivelado por los diferentes sensores

que requieren la máxima nivelación posible.

3.1.1 Instalando Mission Planner

Mission Planner s la herramienta de software que me permite calibrar y configurar las

placas de control y en si todo el dispositivo por completo, desde la carga del firmware

hasta la calibración de los motores y el radio control.

Descargar la Misión Planner instalador, Ejecute la utilidad de instalación, se

instalarán los controladores de software necesarios.

5

Seleccione "Instalar este software de controlador de todas formas" si se le da esta

advertencia:

6

La Mission Planner le notificará de las actualizaciones futuras, y con su permiso se

actualizará a sí mismo, no es necesario para ejecutar la utilidad de instalación de

nuevo.

3.1.2 Carga de Firmware

Conecte el APM o PX4 y el ordenador a través del puerto USB micro, algunos

concentradores USB pueden no proporcionan suficiente potencia, por lo tanto se

requiere conectar directamente a la computadora.

Windows reconocerá la APM e instalara el controlador de hardware que sea correcto

para su placa.

3.1.3 Abriendo Planificador de Misión.

7

Para conectar a través de USB se debe seleccionar el puerto asignado a su APM y

velocidad de transmisión ajustada siempre a 115.200.

Haga clic en la pestaña de firmware.

Elija su variante de helicóptero haciendo clic en el icono correspondiente. Planes de

Misión detectará automáticamente el tipo de tarjeta, descargar el firmware más

reciente de Internet, y lo cargara en su tablero de APM.

El modo de orientación de su dispositivo + / x se seleccionará más tarde en la

configuración.

Cuando la barra de tarea se ha completado, se instala el firmware.

8

3.1.3 Configuración del hardware Obligatorio

Como parte de la instalación por primera vez, se tiene que configurar algunos

componentes de hardware necesarios utilizando el Planificador de Misión.

3.1.4 Seleccione el tipo de modelo que se utilizara

En la pantalla Configuración inicial de la Misión Planner seleccione Obligatorio

Hardware> Tipo de frame . Seleccione el marco de su helicóptero. La

configuración predeterminada es X. Si se quiere uno de los brazos para servir como la

dirección de frente exclusiva, seleccione la configuración Plus.

3.1.5 Calibrar brújula

Para realizar la calibración básica brújula se deberá realizar lo siguiente:

En Configuración Intial> Obligatorio Hardware seleccionar Compass.

Seleccione la orientación correcta para su configuración.

Asegúrese de que el Habilitar y AutoDec casillas de verificación se

comprueban

Haga clic en el botón "Calibración en vivo"

9

A continuación, seleccione la configuración del piloto automático.

Una ventana pop-up que le informa que usted tiene 60 segundos para girar la

APM / PX4 alrededor de todos los ejes, pulse "OK"

Una ventana de cuenta atrás debería aparecer para mostrar que el planificador

de la misión es recoger datos de la brújula

Durante estos próximos 60 segundos, debería mantener el helicóptero en el

aire y girar lentamente de manera que cada lado (frente, atrás, izquierda,

derecha, arriba y abajo) apunta hacia abajo, hacia la tierra durante unos

segundos, a su vez.

10

Al terminar, otra ventana se abrirá mostrando las nuevas compensaciones que

se calcula.

Para APM, siempre y cuando los tres valores se encuentran entre -150 y 150

los desplazamientos son buenas. Pulse el botón "OK".

3.1.6 Calibrar acelerómetro

Bajo Configuración inicial, seleccione Accel Calibración en el menú del lado

izquierdo.

Si está utilizando Código ArduCopter 3.0, asegúrese de comprobar que el cuadro de

AC 3.0 y post. Si está utilizando 2.9.1b (o anterior), deje la casilla sin marcar. Este

proceso requiere que usted coloque su helicóptero en las posiciones que se muestran a

continuación en la secuencia. La posición de nivel es el más importante para hacerlo

bien ya que esta será la actitud de que su controlador considera nivel durante el vuelo.

Es importante que no se mueva el helicóptero inmediatamente después de pulsar la

tecla para cada paso.

11

Cuando esté listo para realizar la calibración, seleccione Calibrar Accel.

Mission Planner le pedirá que coloque el helicóptero en cada posición de calibración

y presione cualquier tecla. Proceder a través de las posiciones requeridas.

12

Cuando se haya completado el proceso de calibración, Mission Planner mostrará

"Calibración Exitosa" como se muestra a continuación.

13

CAPITULO IV

4.1.1 Configuración del Radio Control

En todo dispositivo se hace indispensable la calibración del modulo de control para

un correcto uso y control sobre el dispositivo.

4.1.2 Multi-lcd y Control de Programación

1.- Nivel Batería: Indica el nivel de Voltaje de la misma. Si el valor es menor a 8.5V

un Buzzer alertará auditivamente esa situación.

2.- Modo Activo: Indica el tipo de modulación seleccionado: PPM ( Pulse Position

Modulation ) o bien PCM ( Pulse Code Modulation ).

3.- Nombre y ID del Modelo: Muestra el Nº de modelo y nombre establecido en

memoria por el usuario. Pueden grabarse hasta 8 modelos distintos.

4.- Trim del Timón: Indica la posición del Trim de este mando en forma gráfica.

5.- Trim del Acelerador: Indica la posición del Trim de ajuste de este mando en

forma gráfica.

6.- Trim Alerones: Indica en forma gráfica la posición del actual Trim de este

mando.

7.- Trim Elevador: Indica la posición actual del Trim de ajuste de este mando en

forma gráfica

14

8.- Timer: Cronómetro ideal para competencias ( Máximos valores: 99 minutos

/ 59 segundos )

9.- Tipo de Modelo: Indica el tipo de aeromodelo seleccionado, AERO / HELI

/ GLIDER.

4.1.3 Selección de modo y editor de usuario

Para seleccionar / activar cualquiera de estas funciones, debe pulsar las Teclas UP/

DOWN. Una vez seleccionado el item, pulsar MENU . Para salir, pulsar EXIT.

MODEL SELE: Esta función permite seleccionar cuál de los 8 modelos disponibles

en memoria se utilizará o configurará.

MODEL NAME: Permite editar / asignar un nombre al modelo seleccionado

TYPE SELE: Esta función permite seleccionar qué tipo de modelo ( HELI / PLANE

/ GLIDER )

MODEUAT: Se asigna el Modo de Transmisión, PPM/FM o PCM

15

STICK SET: Permite seleccionar los 4 ( cuatro ) modos de uso de sticks disponibles

( 1-4 )

COPY: Permite copiar la configuración de un modelo en otro de los 8 disponibles.

4.1.4 Model sele (selección de modelo )

Esta función permite seleccionar / activar / editar cualquiera de los 8 aeromodelos

disponibles en memoria. Su nombre e imagen representativa aparecerán debajo del

número asignado. Cada modelo puede ser similar o completamente distinto a los

demás cargados en la memoria.

Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción MODEL SELE, luego

pulse la tecla MENU. A continuación ( y usando también las teclas UP / DOWN )

escoja la opción MODULAT y con las teclas UP/DOWN seleccione el tipo de

16

modulación deseada para ese modelo. Luego confirme la opción seleccionada con la

tecla MENU. A continuación, presione la tecla EXIT para salir al menú anterior.

4.1.5 Model Name ( Asignación De Nombre Al Modelo )

Esta función permite seleccionar / editar un nombre de identificación para cada

modelo. Cada nombre puede contener hasta 8 caracteres (números y/o letras ). Ese

nombre asignado aparecerá luego en la pantalla principal cuando se seleccione dicho

modelo.

Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción MODEL NAME, luego

pulse la tecla MENU. A continuación, con las teclas UP / DOWN mueva el cursor

hasta la posición en la que desea escribir un carácter, y con las teclas + / - seleccione

el mismo. Una vez obtenido el carácter deseado, mantenga pulsada la tecla MENU

hasta que un tono audible le indique que se ha ingresado dicho carácter.

Repita esta operación hasta completar el nombre que desea asignar a su modelo. Una

vez terminado el proceso, pulse la tecla MENU para grabarlo, y luego EXIT para salir

al menú anterior.

17

4.1.6 Type sele ( selección de tipo de modelo )

Esta función permite seleccionar qué tipo de aeromodelo se utilizará o asignará a un

modelo determinado.

Desde el menú SYSTEM SETTINGS, seleccione la opción TYPE SELE, luego pulse

la tecla MENU. A continuación, con las teclas UP / DOWN escoja qué tipo de

modelo se utilizará / asignará ( HELI / ACRO / GLID ). Una vez seleccionada la

opción requerida, pulse MENU para grabar y luego EXIT para retornar al menú

anterior.

4.1.7 Calibrar radio control

Encienda el transmisor. Compruebe que el transmisor está en modo Avión (APM

necesita el modo avión, independientemente del tipo de plataforma en fase piloto) y

todos los adornos están centradas.

18

El transmisor se puede configurar de dos maneras:

Modo 1, el palo izquierdo controlará cabeceo y guiñada, el palo derecho

controlará acelerador and roll.

Modo 2, el palo izquierdo controlará acelerador y guiñada; el palo derecho

controlará cabeceo y balanceo.

Para cualquier tipo de transmisor, interruptor de tres posiciones del transmisor debe

ser conectado al canal 5 y controlará los modos de vuelo.

19

Opcionalmente perilla de sintonización del transmisor debe controlar el canal 6 para

el ajuste durante el vuelo. Canal 7 y Canal 8 interruptores se pueden utilizar para

controlar las funciones auxiliares.

En Mission Planner, haga clic en el botón verde "Calibrar Radio" en la parte inferior

derecha de la ventana. Mission Planner llamará a una ventana de diálogo para

asegurar que el equipo de control de radio está encendida, la batería no está

conectado, y las hélices tampoco. Seleccione Aceptar.

Seleccione Aceptar; mover las palancas de control y los interruptores de palanca en

su transmisor a sus límites de desplazamiento y observar los resultados en las barras

de calibración de radio. Líneas rojas aparecerán a través de las barras de calibración

para indicar valores máximos y mínimos. Mueva el Ch 5 y 6 interruptores de palanca

a través de su gama de posiciones (Ch 7 y 8 no se utilizan para operaciones básicas).

Su transmisor debe causar los siguientes cambios de control:

20

Canal 1: baja = rollo de la izquierda, alta = rollo de la derecha.

Canal 2: baja = paso hacia delante, alta = paso atrás.

Canal 3: baja = acelerador hacia abajo (off), alta = acelerador hacia arriba.

Canal 4: baja = guiñada a la izquierda, alta = guiñada derecha.

Cuando las barras rojas de roll,, acelerador, guiñada, y radio 5 (radio y opcionalmente

6, 7 y 8) se han fijado en las posiciones mínima y máxima, seleccione Haga clic en

Hecho. Mission Planner mostrará un resumen de los datos de calibración. Los valores

normales son alrededor de 1100 para los mínimos y máximos para el 1900. Si las

barras en la dirección opuesta a la dirección en la que está moviendo los palos,

eso significa que el canal se invierte en el lado del transmisor RC. Utilice canal

inverso de su transmisor RC funcionar para revertirlo en el transmisor.

21

4.1.8 Procedimiento de ENCENDIDO / APAGADO del Dispositivo de

reconocimiento Aéreo.

Por defecto, la secuencia que debe seguirse en el encendido y apagado de TODO

sistema de Transmisión R/C por razones de seguridad, es el siguiente:

ENCENDIDO:

1.- Encender el Transmisor

2.- Encender / Alimentar el Receptor

APAGADO:

1.- Apagar / Quitar la alimentación del Receptor

2.- Apagar el Transmisor

22

CAPITULO V

5.1 Conexión y configuración de Cámara

Conexión de la cámara del Quadcopter hacia nuestra red 3g. Iniciamos el Start Setup

Damos siguiente aceptamos la licencia y nos hace una búsqueda de la cámara Cisco

23

Una vez que la encuentra nos pide usuario y contraseña de la misma

Nos pide conectarme con la red 3g del Proyecto se la accede con la contraseña del

mismo ya configurada.

24

Una vez hecho estos pasos se desconecta el cable de red y se procede a encender otra

vez la cámara con conexión inalámbrica.

Una vez que tengamos conexión entre el router, el servidor y la cámara del

Quadcopter procedemos a instalar el Programa Open source Ispy , cuya instalación es

sencilla.

25

Añadir la Cámara Cisco al programa Open Source con el asistente

Escogemos la marca cisco y el Modelo wvc80n

26

Colocamos el usuario y contraseña antes configurado

Colocamos la Ip de la Cámara que es la 192.168.1.102 para que la busque

27

Esperamos que obtenga una búsqueda por URL

La Cámara se Añade al Programa

28

5.1.1 Instalando iSpyCam

iSpy es a la vez una aplicación de Windows y una aplicación web. La aplicación de

Windows le permite agregar cámaras y micrófonos a una "superficie", configurarlos y

controlarlos - la visualización de vídeo en directo e incluso la reproducción de audio

en directo desde una variedad de fuentes de red.

5.1.2 Descargando iSpycam

Descarga iSpy y ejecute el archivo ejecutable ("setup.exe"). Usted necesitará

permisos de administrador para instalar iSpy pero no se les tendrá que ejecutar iSpy

después de la instalación.

5.1.3 Conexión de una cámara a iSpyCam

iSpy puede conectarse a prácticamente cualquier fuente de vídeo. Para añadir una

cámara en iSpy haga clic en "Agregar" y haga clic en "Cámara Local" para agregar

una cámara USB, "Cámara IP" para agregar una cámara IP.

29

5.1.4 Conexión a Cámaras IP

Para conectar iSpy a una cámara IP utiliza el incorporado en el asistente de cámara

IP. Haga clic en la cámara Add-> IP con el Asistente y siga el asistente a través. iSpy

explorará su red para buscar los dispositivos disponibles. Si iSpy le da una opción de

FFMPEG o VLC a continuación, intente la primera, ya que por lo general incluyen un

canal de audio también.

5.1.5 Ajustes de la cámara.

Una vez se ha seleccionado una fuente de vídeo iSpy le mostrará la pantalla de

configuración principal. Usted puede regresar a esta configuración en cualquier

momento haciendo clic derecho en la cámara en la superficie iSpy y haciendo clic en

"Editar".

30

Por lo tanto nos dara acceso a las siguientes opciones:

Fuente

Fuente de vídeo para la cámara

Advanced Cámara Inmuebles / Entradas

31

Esta sección sólo se aplica a las cámaras USB y le permite cambiar el frame-rate y

ajustes de resolución. Dependiendo de sus drivers cámaras éstos pueden o no pueden

persistir entre reinicios de iSpy.

Nombre

Una vez que haya especificado una fuente de vídeo iSpy establece automáticamente

un nombre para la cámara en el campo de nombre para que coincida.

Grupos de acceso

Lista de nombres de grupos para controlar el acceso a esta cámara a través

ispyconnect (sólo suscriptores)

Activo

La casilla de verificación activa la cámara es un control directo - es decir que cambia

la cámara o desactivar inmediatamente sin esperar a que haga clic en Finalizar. Hay

algunos controles bastante vivos en estas páginas.

Flip-X, Flip-Y y rotación 90 son todos los controles en directo y se utilizan para

hacer la transmisión en vivo orientar adecuadamente (útil, por ejemplo, si la cámara

se monta al revés en el techo.

Marca de tiempo

iSpy superpone un campo de marca de tiempo que muestra los cuadros por segundo

(FPS), junto con la hora actual. Puede cambiar el formato de la fecha y hora de

utilizar este cuadro combinado. Las llaves son expresiones especiales formateador,

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puede encontrar otros ejemplos aquí . Usted puede colocar este texto en una serie de

lugares usando la lista desplegable a la derecha de este.

Máscara de imagen

Usted puede solicitar un archivo PNG transparente para iSpy a áreas sensibles black-

out de la opinión de las cámaras usando este.

Picture in Picture

Superposición otra cámara se alimenta de esta cámara - Más información .

Max velocidad de fotogramas

El limitador de velocidad de fotogramas predeterminada de la cámara.

Cuando grabación

El limitador de velocidad de fotogramas de la cámara durante la grabación (sólo

disponible para archivos mp4).

Micrófono

El micrófono lista muestra micrófonos disponibles que ya ha añadido a iSpy.

Emparejar un micrófono con una cámara permite iSpy de grabar vídeo en la detección

de sonido o sonido en la detección de vídeo.

Ignorar Audio

Fuerza iSpy ignorar el canal de audio de la cámara

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Discusión

Configuración Talk para la cámara (que permite hablar o correr texto a voz a través

del altavoz de la cámara)