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PROTOTIPO DE ROBOT BOMBERO CONTROLADO A DISTANCIA MEDIANTE
DISPOSITIVO MÓVIL.
SERGIO LEÓN PÉREZ CARVAJAL
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MEDELLÍN
2015
PROTOTIPO DE ROBOT BOMBERO CONTROLADO A DISTANCIA MEDIANTE
DISPOSITIVO MÓVIL.
SERGIO LEÓN PÉREZ CARVAJAL
Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico
Asesor
Juan Guillermo Patiño Vengoechea
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MEDELLÍN
2015
Tabla de contenido
RESUMEN .............................................................................................................................................5
1. PRESENTACIÓN GENERAL DE PROYECTO .........................................................................................6
1.1. OBJETIVOS .................................................................................................................................6
1.1.1. Objetivo General ................................................................................................................6
1.1.2. Objetivos Específicos ..........................................................................................................6
1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ...................................................................................................7
1.2.1. Planteamiento del problema de investigación y su justificación en términos de
necesidades y pertinencia. ...........................................................................................................7
1.2.2. Propósito del proyecto de grado .......................................................................................9
1.3. ESTADO DEL ARTE .................................................................................................................. 11
1.4. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 14
1.4.1. Acompañamiento con el Cuerpo de Bomberos de Medellín. ......................................... 14
1.4.2 Redes inalámbricas de área personal (WPAN)................................................................. 23
1.4.3. Sistema Operativo Android. [14] .................................................................................... 25
1.4.4. Arduino Uno .................................................................................................................... 28
1.4.5. PID (Proporcional Integral Derivada) [35] ....................................................................... 28
2. DESARROLLO ................................................................................................................................. 32
2.1. Caracterización del prototipo. (Anexo 1) ............................................................................... 32
2.2. Desarrollo del prototipo......................................................................................................... 33
2.2.1. Arduino UNO ................................................................................................................... 34
2.2.2. Puente H L298D .............................................................................................................. 35
2.2.3. Batería 12V ...................................................................................................................... 37
2.2.4. Sensor de rotación análogo ............................................................................................ 37
2.2.5. Sensor de temperatura LM35 [37] .................................................................................. 37
2.2.6. Módulo Bluetooth RN-42 ................................................................................................ 39
2.2.7. Motor DC ......................................................................................................................... 39
2.2.8. Servomotor S3003 .......................................................................................................... 40
2.2.8 Electroválvula. .................................................................................................................. 41
2.2.9. Soporte e rotación e inclinación ..................................................................................... 41
2.2.10. Cámara inalámbrica. ..................................................................................................... 42
2.3. Diseño de sistema de tracción. .............................................................................................. 43
2.4. Software ................................................................................................................................. 48
2.5 Diseño Carcasa ........................................................................................................................ 55
2.6 Pruebas de presión. ................................................................................................................ 55
3. RESULTADOS ................................................................................................................................. 61
4. CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 65
MANUAL DE USUARIO FF01 .............................................................................................................. 66
ANEXO 1 ............................................................................................................................................ 76
ANEXO 2 ............................................................................................................................................ 82
Bibliografía ........................................................................................................................................ 91
RESUMEN
El crecimiento de la población, del sector industrial, del parque automotor, y el
aumento en la demanda de servicios de socorro en el Área Metropolitana, ha
causado que los cuerpos de bomberos realicen funciones como ente de apoyo a
otros organismos de socorro puesto que la demanda a la que estos están
expuestos no puede ser cubierta a totalidad, los bomberos apoyan esta necesidad
realizando operaciones como, atender victimas en accidentes de tránsito,
desastres ambientales y climáticos; constantemente se encuentran en alto riesgo
de perder la vida debido al tipo de ambientes y actividades a las que están
expuestos.
Del anterior contexto se puede evidenciar la necesidad de crear un dispositivo que
trabaje de la mano y apoye las labores de este cuerpo de socorro, reduciendo el
número de personas que se deben encargar de tareas específicas y brindando
herramientas adecuadas para preservar la vida e integridad física de los mismos.
Como requerimientos iniciales se pretende que el prototipo sea controlado
inalámbricamente y que tenga transmisión de video en vivo, esto con el fin de
tener un campo visual adecuado para tareas de reconocimiento y en si para
verificar el terreno por el que se desplaza el robot.
La materialización de este proyecto, consistente en la realización de un prototipo
funcional de robot bombero, este beneficiará directamente al cuerpo de bombero
de Medellín, ejecutando labores de apoyo de forma eficiente y segura.
También se pretende cubrir cierto vacío en cuanto a la investigación con prototipos
robóticos orientados al trabajo con incendios, esto se puede evidenciar ya que en
Área Metropolitana no hay registros de ningún sistema que este operativo
actualmente; además se presentan ciertos retos de diseño desde el punto de vista
operativo y técnico.
1. PRESENTACIÓN GENERAL DE PROYECTO
1.1. OBJETIVOS
1.1.1. Objetivo General
Implementar un prototipo de robot bombero, controlado mediante un dispositivo
móvil, que permita mitigar o extinguir incendios y la exploración visual de fuentes
de riesgo.
1.1.2. Objetivos Específicos
Realizar el levantamiento de los requisitos para el desarrollo del prototipo
de robot bombero.
Programar sobre un sistema de desarrollo la lógica de control para el
soporte de rotación e inclinación y el movimiento del vehículo.
Realizar el diseño y desarrollar la estructura electromecánica del prototipo
funcional de robot bombero.
Implementar las comunicaciones inalámbricas del robot para labores de
control y para la transmisión de la imagen hacia un sitio remoto de
supervisión
1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
1.2.1. Planteamiento del problema de investigación y su justificación en
términos de necesidades y pertinencia.
En la actualidad y con la expansión de las industrias y las centrales energéticas,
los riesgos generados en un incendio han crecido exponencialmente esto debido a
que tanto el tamaño de las estructuras como la forma en la que se debe a hacer
frente a estos fenómenos ha cambiado con el tiempo(Anexo 1) Cada vez es más
evidente que los humanos han causado la mayor parte del calentamiento global,
mediante la emisión de gases que retienen el calor para potenciar la vida
moderna, lo que ha ocasionado en los últimos años unas altas temperaturas en el
país; siendo éste uno de los mayores detonantes en los incendios. Esto se ha
convertido en problemas constantes tanto para los afectados como para el cuerpo
de bomberos que son los involucrados directos para la extinción o mitigación del
fuego. [15]
Es importante dirigirnos al caso del Área Metropolitana donde el crecimiento de la
población, del parque automotor, del sector industrial y el aumento en la demanda
de servicios de socorro, todo esto ha concurrido para que cuerpos de bomberos
no solo se limiten a realizar sus funciones si no que sirvan de soporte atendiendo
victimas en accidentes de tránsito y ambientales; peligros como la radiación
generada por centrales nucleares, el transporte de combustibles, incendios en
áreas forestales ubicadas en terreno inestable o inaccesible, trae como
consecuencia que los bomberos deban estar expuestos con frecuencia a dichos
fenómenos y en la mayoría de situaciones está latente el riesgo de perder la
vida.(Anexo 1)
Del anterior contexto se genera la necesidad de implementar un dispositivo que
sea controlado inalámbricamente y tenga transmisión de video en vivo, todo ello
para preservar la vida de los miembros de los equipos de socorro y tener una
visual de la estabilidad estructural tanto de las edificaciones como del terreno,
para intervenir minimizando los riesgos en los incendios.
Este prototipo es clave en diferentes eventos como incendios en edificaciones y en
el transporte de combustibles, ya que el fuego puede comenzar en cualquier
momento del día o de la noche, si el peligro existe y los miembros de los
organismos de socorro como son los servicios de bomberos tienen la obligación
de impedir, controlar o minimizar los siniestros, pero a su vez ellos corren un
riesgo inminente ya que en el primer evento la edificación puede colapsar y los
gases del fuego tienen una alta velocidad de reacción lo que pueden alcanzarlos
por tratarse de un área cerrada y más aún cuando no se cuenta con ventilación
pertinente y en el segundo evento como se trata de un área abierta puede ser
controlado en la fase inicial, sin embargo puede existir exposición de gases del
fuego.[16]
En la continua búsqueda de desarrollo de nuevos productos, proyectos de
investigación y desarrollo tecnológico, que respondan a las necesidades del sector
productivo, investigativo y de la sociedad en general, se encaminan esfuerzos
para la creación de herramientas que apoyen las labores de los cuerpos de
socorro, este proyecto, consistente en la realización de un prototipo de robot
bombero, este beneficiará directamente al cuerpo de bombero de Medellín,
ejecutando labores de apoyo de forma eficiente y segura.(Anexo 1)
Específicamente en los incendios vehiculares se corre un gran riesgo debido la
diversidad de materiales y compuestos con los que están fabricados los
automóviles, los cuales pueden reaccionar inesperadamente al contacto con el
fuego, creando explosiones donde sus componentes se convierten en un tipo de
metralla o proyectiles. [32][33]
Dentro de los incendios con materiales peligrosos se tiene como necesidad
realizar una identificación adecuada de los posibles reactivos que están
involucrados en el fenómeno, además que tipo de comportamiento presentan
frente al agua. [18] [19] [20]
Se pretende cubrir cierto vacío en cuanto a trabajos con prototipos robóticos de
apoyo a cuerpos de socorro, esto se puede evidenciar ya que en Área
Metropolitana no hay registros de ningún sistema que este operativo actualmente.
Los proyectos con prototipos robóticos orientados al trabajo con incendios
presenta ciertos retos desde el punto de vista operativo y técnico, puesto que
requieren una gran investigación para la selección adecuada de materiales,
componentes y diseño, debido a que el ambiente y el terreno donde el prototipo
va a realizar sus funciones cuentan con características especiales y es importante
conocer e identificar los factores a los que tendrá que hacer frente el prototipo. [16]
Con una utilización adecuada, el prototipo puede llegar a ser un aliado importante
ya que tiene incorporado una cámara que transmite video en vivo del lugar a
intervenir, esto permite la determinación exacta de la ubicación del fuego en ese
momento para poder extinguirlo y así no avance el incendio, también para captar
imágenes que quizá sean importantes o relevantes a la hora de encontrar
aceleradores o causantes del fenómeno. [16] Es claro resaltar que también es útil
a la hora de mitigar incendios ya que cuenta con un soporte de rotación e
inclinación dotado con una pistola de agua, la cual es controlada totalmente por el
operario del robot.
1.2.2. Propósito del proyecto de grado
Este proyecto de grado busca desarrollar un prototipo de un robot bombero
controlado mediante dispositivo móvil que cuente con las características básicas
para realizar funciones de apoyo y aminorar las cargas y los riesgos a los que
hacen frente los bomberos en su labor, para esto se construirá un sistema de
tracción basado en orugas por sus buenas prestaciones en variedad de terrenos,
control e inspección inalámbrica y una construcción que responda a las
necesidades de tareas que debe ejecutar tanto en resistencia como eficiencia.
Con este desarrollo se quiere apoyar tanto al cuerpo de bomberos de Medellín
como al semillero de investigación en robótica móvil.
Inicialmente se realizó un planteamiento metodológico encaminado a cumplir con
los diferentes requerimientos del prototipo y los objetivos previamente propuestos,
este se dividió en 7 fases.
Fase 1: Bosquejo del Prototipo.
Fase 2: Trabajo de acompañamiento con el Cuerpo de Bomberos de Medellín.
Fase 3: Desarrollo de plataforma de mando y control.
Fase 4: Programación de dispositivo móvil encargado del direccionamiento.
Fase 5: Diseño y construcción de sistema de tracción, soporte de rotación e
inclinación y chasis del prototipo.
Fase 6: Diseño y construcción del sistema de alimentación y expulsión de agua,
transmisión de video.
Fase 7: Construcción de la cubierta del prototipo y pruebas de impermeabilidad.
Fig. 1 Fases del Proyecto.
1.3. ESTADO DEL ARTE
A nivel mundial, se han realizado diversos prototipos de robots bombero que
permiten la extinción del fuego sin necesidad de interacción de los humanos. A
continuación se muestran algunos:
LUF60 [1], [2] es una máquina equipada con un soplador de aire y haz de agua
que permiten eliminar los obstáculos peligrosos y es utilizada en túneles
ferroviarios, hangares, estacionamientos, etc. Aunque tiene algunas desventajas
como el tamaño grande de la máquina, el uso solo en exteriores y movimiento
lento, a futuro tiene un potencial de mejoramiento que consiste en hacer el diseño
más pequeño, la liberación de la manguera de accionamiento remoto, el uso en
interiores y al aire libre y se podrá mover más rápido.
Fig. 2 LUF60. [1]
JELKA-4 [2] es una máquina de gran tamaño que solo se puede usar en
exteriores, con brazos hidráulicos, el ángulo de su boquilla puede ser ajustado.
Pueden realizarse mejores con el tiempo. El FFR-1 [1] es un robot maniobrable
que permite a los bomberos realizar misiones en espacios estrechos, instalaciones
militares, centrales eléctricas y otros. Se transporta fácilmente y además tiene un
sistema de refrigeración para evitar sobrecalentamientos por altas temperaturas.
FIREROB [1] es un robot móvil con control remoto utilizado para combatir
incendios, está equipado con extintores de alta presión de nebulización de agua
que permite controlar el fuego, tiene un protector de calor, tiene cámaras térmicas
y sensores que le facilitan la ubicación y seguimiento del espacio en llamas.
Otro de los prototipos creados es FIREMOTE 4800 [1] que es un vehículo terrestre
no tripulado, contiene cámaras de imagen térmica, sistema de refrigeración, está
equipado con boquillas de alta presión de agua, las cuales permiten extinguir el
fuego fácilmente. Es controlado desde un panel que utiliza un monitor de
imágenes constituido por cuatro cámaras, dos de ellas posicionadas hacia
adelante y las otras dos hacia atrás, lo que hace que haya un mejor ángulo de
visión del espacio.
MVF-5 [1] tiene una gran ventaja y es que ayuda a los bomberos a asegurar la
infraestructura de alto riesgo. Extingue los incendios con cañones de alta presión
que giran 360° y están montados en un brazo hidráulico, lo cual es una ventaja ya
que puede girar en todas las direcciones garantizando la extinción satisfactoria de
los incendios.
Fig. 3 MVF-5. [1]
Otro robot es el JMX -LT50 [1] que es controlado por un sistema de mando a
distancia, posee un cañón de agua que es capaz de rociar agua en diferentes
ángulos y distancias. Tiene una estructura móvil rueda-neumático que hace que el
robot pueda moverse en diferentes territorios y superar cualquier obstáculo.
ARCHIBOT-M [1], diseñado en Corea, es un robot móvil utilizado en lugares que
no son accesibles a los humanos, se emplea para hacer inspecciones en el sitio y
además despejar el camino para el trabajo de los bomberos. Tiene un sistema de
refrigeración contra las altas temperaturas.
Fig. 4 ARCHIBOT-M. [1]
En cuanto a navegación robótica, J. Suthakorn [3] y sus colegas, [3] desarrollaron
un robot de rescate totalmente autónomo, con capacidad de búsqueda y rescate
de víctimas. Para desarrollar este robot, tuvieron en cuenta la generación de
movilidad y el mapa.
Davis y dos compañeros [4] diseñaron un robot de lucha contra el fuego cuyos
objetivos principales eran identificar el área de fuego antes de apagar la llama de
forma autónoma, ser capaz de manejar diferentes tipos de paredes y superficies.
Además ser capaz ser inmune a las condiciones externas de iluminación.
CheeFai Tan y 2 colegas [5] realizaron un prototipo de máquina móvil de combate
de incendios que a través de una computadora móvil puede ser controlada
inalámbricamente. Tiene un mecanismo de control adicional que se añade
mediante la integración del sistema con una palanca de mando con el fin de
garantizar el control de la movilidad.
Katsuyuki Baba y colegas [6] inventaron un robot de lucha contra incendios
autopropulsado y controlado remotamente por comunicaciones móviles, el robot
incluye extintores de incendios que proporcionan un chorro de un agente de
extinción que se realiza a través de una palanca.
Hadi A. Al AZeIIll, Daher [7] crearon un robot de lucha contra incendios que incluye
un conjunto de bastidores y un mecanismo de extinción de incendios que se
encuentra dentro del bastidor para expulsar un supresor de fuego en un incendio.
También incluye un mecanismo para conectarse a una fuente de agua u otro
agente extintor, además posee un par de ventiladores y un sistema de
enfriamiento que permite al robot mantenerse a una temperatura estable.
1.4. MARCO TEÓRICO
Es necesario realizar una contextualización acerca de los conceptos básicos que
hacen parte de las labores de bomberos, sus maniobras y herramientas de uso en
su ocupación, además de los componentes y sistemas electrónicos y mecánicos
empleados para la materialización de este prototipo.
1.4.1. Acompañamiento con el Cuerpo de Bomberos de Medellín.
Todos los registros escritos de los acompañamientos y experiencias obtenidas con
el Cuerpo de Bomberos de Medellín serán consignados en el Anexo 1.
1.4.1.1 Definición de incendio. [29] [34] [33]
Un incendio es un fuego de gran dimensión desplegado incontroladamente, este
puede desarrollarse gradualmente o de forma espontánea, provocando entre otros
daños en bienes, lesiones graves o fatales a las personas por inhalación de gases
o por quemaduras. Según los expertos para que se produzca un incendio se
necesitan combinar los tres elementos generadores del “Triángulo del Fuego”
oxigeno, combustible, temperatura.
Debido a su ubicación los incendios pueden ser estructurales; estos a su vez
pueden ser domésticos o industriales, forestales, vehiculares incluyendo medios
de transporte terrestre, marítimos, ferroviarios, etc.
1.4.1.2. Incendios estructurales. [34]
La causas en los incendios estructurales se podría dividir en los domésticos e
industriales, los domésticos son frecuentemente ocasionados por las instalaciones
eléctricas en mal estado, sobrecargas en los enchufes o tomacorrientes con la
conexión de muchos equipos eléctricos (práctica muy comúnmente utilizada en
época decembrina en nuestra comunidad) (Anexo 1)lo que puede generar cortos
circuitos, descuido o mala utilización de artefactos generadores de calor (estufas,
planchas, etc.), uso inadecuado de velas u otros elementos generadores de llama
acostumbrados con mucha frecuencia en ciertas culturas religiosas, además de
los ocasionados ya por el hombre sea de forma intencional o errores.
Los incendios industriales se ven ocasionados por descuido y mala disposición de
los productos, generalmente almacenando materiales de fácil combustión como
maderas, telas, espumas, plásticos, etc. en cercanías o en combinación con
productos inflamables, solventes, pinturas. Otra causa muy frecuente, aunque
considero que es muy colombiana es el ataque aéreo aterrizando en forma de bola
gigantesca colorida llamada “GLOBO” la cual también en época decembrina
obtiene su mayor efectividad en la destrucción generalmente de fábricas y
viviendas que debido a lo representativito de la fecha permanecen soltarías.
1.4.1.3. Incendios forestales. [30]
Los incendios forestales son generados de manera natural debido a la
descomposición de la vegetación a causa de la sequía, generando etileno que es
altamente combustible, lo que sumada a las altas temperaturas y la velocidad del
viento, la menor chispa podría ocasionar una catástrofe. En algunas ocasiones el
incendio puede ser provocado por la caída de un rayo.
Pero la mayoría de estos incendios son provocados por la mano del hombre, los
turistas imprudentes que abandonan combustibles u otros elementos que pueden
generar fuego, las fogatas mal dispuestas, cigarrillos encendidos, parte inferior de
las botellas de vidrio, que debido a su grosor pueden ejercer un efecto de lupa
incrementando en muchas veces el calor del sol hasta convertirlo en llama.
También hay una causa repetitiva que es cuando las quemas permitidas utilizadas
en las áreas agrícolas para controlar plagas o algunas especies de plantas
parásitos, pero que en ocasiones no se procede cumpliendo las medidas de
seguridad y estos incendios se salen de control.
1.4.1.4. Incendios vehiculares. [32][33]
Las posibles causas de los incendios de los vehículos son muy variables, están
relacionados a mal desempeño de las partes del vehículo, operación inadecuada o
mal mantenimiento del sistema eléctrico, tipo de carga, carga con poca ventilación,
actos vandálicos y en algunas ocasiones hasta actos fraudulentos.
Aunque este tipo de incendio por lo general se presenta en espacios abiertos, es
importante utilizar todo el equipo de protección personal y el equipo de respiración
autónomo dado que los vehículos en llamas emanan una gran variedad de gases
tóxicos como el dióxido y monóxido de Carbono, cianuro de hidrogeno (por la
combustión de telas, alfombras, espumas). Además se debe prestar mucha
atención debido a que en los vehículos existen demasiados componentes, algunos
contienen elementos que están bajo presión como amortiguadores, , otros como
las baterías que contienen ácidos , el sistema de aire acondicionado que contiene
gas a presión, etc., lo que podría provocar una serie de proyectiles de distinta
índole que podrían causar lesiones graves tanto al personal entrenado que está
atendiendo la emergencia, como a personas que están curioseando o conductores
que no se puedan mover debido a la obstaculización del tránsito. Tanto en la
contaminación de gases y la exposición ante posibles proyectiles, serian otros
casos donde sería de gran utilidad el Prototipo, y no se tendría la necesidad de
exponer al personal a la inhalación o través de la piel de contaminarse con estos
gases, lesiones graves y en ocasiones hasta la muerte.
A continuación se presentan 2 historias tomadas del artículo donde se puede
aprender de como un caso de un pequeño incendio vehicular, puede contener
una serie de peligros que se pueden convertir en una amenaza general.
“El 9 de marzo de 2004, en la provincia de Castellón, un camión chocó
frontalmente con un coche cuyo con- ductor resultó muerto en el acto. El camión
volcó sobre un talud lateral de la carretera quedando bajo el nivel de esta, y su
conductor resultó herido. El incidente parecía ser uno más de los que se producen
en cualquier carretera, pero unos 25 minutos después del accidente el camión
explotó violentamente y quedó prácticamente desintegrado y partes de su motor
fueron lanzadas a casi un kilómetro de distancia. Un conductor de otro camión que
estaba detenido a 150 m resultó alcanzado dentro de su cabina por un trozo de
metal y murió en el acto. Si los bomberos hubiesen estado interviniendo en ese
momento probablemente toda la dotación hubiese muerto o resultado seriamente
herida. El problema fue causado por la carga del camión, nitrato amónico, que
resultó contaminado con el gasoil del camión como con- secuencia del vuelco. La
ocasional mezcla de nitrato amónico y gasoil es altamente explosiva”.
“En la madrugada del 29 de noviembre de 1988 en la localidad norteamericana de
Kansas City, seis bomberos habían acudido a apagar el incendio en un camión
tráiler que estaba en una zona de aparcamiento de una autopista en construcción.
El incendio había sido descubierto por ellos mismos que vieron el incendio en la
distancia mientras intervenían en otro incidente. Cuando los seis bomberos
intentaban apagar el fuego el remolque explotó violentamente. Ninguno sobrevivió.
El camión contenía 9.000 kilos de explosivo ANFO, una mezcla de nitrato amónico
y fuel oil. El conductor incumpliendo las prescripciones legales había retirado las
placas de peligro al dejar el camión en el aparcamiento con objeto de no incitar al
robo de un material peligroso, así que los bomberos no sabían a qué se estaban
enfrentando”
1.4.1.5. Tipos de Extintores [29] [31]
Los extintores deben ser los adecuados, de acuerdo a los riesgos que existen en
la zona donde estén ubicados estos y en relación al tipo de fuego q combaten.
Extintores de clase A:
Si la letra “A” esta antecedida de un número, cuanto mayor sea este número,
mayor será su capacidad de abarcar un incendio mayor.
Por lo general se utilizan para apagar incendios de materiales como: cartón,
madera, papel, algodón, plásticos, telas, etc. Los extintores de clase “A” pueden
contener agua, químicos secos.
Extintores de clase B:
Son aplicables en incendios donde están comprometidos líquidos inflamables y/o
gases inflamables, combustibles líquidos, grasas inflamables, aceites, pinturas,
alcoholes, cera, etc.
Generalmente su contenido dióxido de carbono, espuma, Inergen (Este gas es
una mezcla de los siguientes gases proporcionados así: nitrógeno 52%, argón
40%, dióxido de carbono 8%), o un compuesto HCFC 123 llamado también
Halotrón1.
Extintores de clase C:
Son los utilizados para extinguir incendios provocados por equipos eléctricos,
cables eléctricos, herramientas eléctricas, cajas de fusible, etc. Los extintores que
contienen agua no pueden ser utilizadas por las personas para apagar equipos
energizados, porque el agua es conductor de energía y el usuario podría resultar
lesionado a causa de una descarga eléctrica.
Su contenido puede ser gas carbónico, dióxido de carbono, Inergen y HCFC 123
(Este ha reemplazado a los halogenados que han sido prohibido en muchos
países por la afectación a la capa de ozono.
Extintores de clase D:
Son diseñados para ser utilizados en incendios de metales con alto poder reactivo
como sodio, magnesio, litio, potasio, zirconio, titanio, entre otros, que arden a
mucha temperatura y se alimentan de grandes cantidades de oxigeno durante su
combustión.
Generalmente su contenido es polvo seco a base de borato de sodio, adecuado
para resistir en climas extremos con la ayuda de agentes hidrófobos.
1.4.1.6. Materiales peligrosos. [18] [19] [20]
Según las guías de almacenamientos y transporte de materiales peligros emitido
por el Ministerio de Ambiente, vivienda y Desarrollo Territorial y el concejo
colombiano de seguridad se clasifican las clases de sustancias así:
1. Explosivos
División 1.1: Sustancias y objetos que presentan un riesgo de explosión en masa.
División 1.2: Sustancias y objetos que presentan un riesgo de proyección sin riesgo de explosión en masa.
División 1.3: Sustancias y objetos que presentan un riesgo de incendio y un riesgo menor de explosión o un riesgo menor de proyección, o ambos, pero no un riesgo de explosión en masa.
División 1.4: Sustancias y objetos que no presentan riesgo apreciable.
División 1.5: Sustancias muy insensibles que presentan un riesgo de explosión en masa.
División 1.6: Objetos sumamente insensibles que no presentan riesgo de explosión en masa.
2. Gases comprimidos: inflamables, no inflamables y tóxicos
División 2.1: Gases inflamables
División 2.2: Gases no inflamables, no tóxicos
División 2.3: Gases tóxicos
3. Líquidos inflamables
4. Sólidos inflamables; sustancias que pueden experimentar combustión espontánea, sustancias que, en contacto con el agua, desprenden gases inflamables.
División 4.1: Sólidos inflamables, sustancias de reacción espontánea y sólidos explosivos insensibilizados.
División 4.2: Sustancias que pueden experimentar combustión espontánea.
División 4.3: Sustancias que, en contacto con el agua, desprenden gases inflamables.
5. Sustancias comburentes y peróxidos organices.
División 5.1: Sustancias comburentes
División 5.2: Peróxidos orgánicos
6. Sustancias toxicas sustancias infecciosas.
División 6.1: Sustancias tóxicas
División 6.2: Sustancias infecciosas
7. Materiales radiactivos
8. Sustancias corrosivas.
9. Sustancias objetos peligrosos varios.
Sistema de rotulación basado en la Norma técnica colombiana NTC1692, necesario para dar una identificación clara y eficaz de los posibles compuestos almacenados y/o transportados.
Fig. 5 Modelo de etiquetas para el rotulado y etiquetado de Mercancías Peligrosas. [20] (continua)
Fig. 5 (Continuación) Modelo de etiquetas para el rotulado y etiquetado de Mercancías Peligrosas. [20]
Fig. 5 (Final) Modelo de etiquetas para el rotulado y etiquetado de Mercancías Peligrosas. [20]
1.4.2 Redes inalámbricas de área personal (WPAN).
Las Redes inalámbricas de área personal WPAN (Wirless personal area network),
son aquellas que generalmente abarcan distancias de 10 metros como máximo,
con una frecuencia de 850 nm y una capacidad de proceso de 4Mbps, las cuales
son utilizadas para permitir la conexión de dispositivos sin la necesidad de cables,
además no requieren de mucha infraestructura o conexiones directas con el
mundo, estas redes puede de soportar canales síncronos y asíncronos para
comunicación de telefonía de voz o datos. Estas características permiten crear
una gran gama de aplicaciones, además utilizar adecuada y eficientemente los
recursos, esto a permitido que se desarrollado protocolos sencillos para las
diferentes necesidades de comunicación. A diferencia de otras redes, en WPAN
el usuario es directamente relacionado con los dispositivos electrónicos que estén
a su posesión o en sus inmediaciones y no con la localidad de la red. En una
WPAN, el dispositivo crea una conexión la cual dura el tiempo necesario que éste
lo requiera, por lo que esta conexión tiene una vida finita. [17]
El concepto de WPAN es la versión inalámbrica del término PAN (Personal area
network), el cual se desarrolló para identificar los diferentes tipos de conexión en
red. La WPAN debe ser capaz de soportar la conexión de los dispositivos de una
forma eficiente sin que haya un despliegue previo de algún tipo. [17]
1.4.2.1. IEEE 802.15.1.
Es un estándar creado por uno de los grupos del IEEE (Institute of electrical and
electronics engeneers) Su principal objetivo es la transferencia de datos limitado a
un rango pequeño entre un grupo de dispositivos es decir una WPAN que utiliza
tecnología Bluetooth, esta no requiere de una gran infraestructura para su buen
funcionamiento. Este estándar define una conexión inalámbrica que permite la
transmisión de datos y voz entre diferentes dispositivos a través de un enlace
establecido por radiofrecuencia, debido a que funciona con RF (Radiofrecuencia),
las distancias de conexión con Bluetooth pueden de 10 metros o más, lo que
depende del aumento de la potencia de transmisor. Una ventaja de funcionar con
RF es que los dispositivos conectados no requieren estar en línea de vista, esto
debido a que las señales de radiofrecuencia pueden atravesar diferentes
estructuras. [17]
Loa principales objetivos de esta tecnología son: eliminar cables y conectores
entre dispositivos, simplificar las comunicaciones entre dispositivos fijos y móviles
y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales. Además pretende
conseguir que las aplicaciones de los diferentes dispositivos conectados
mantengan un diálogo fluido, para esto, dichas aplicaciones deben ejecutarse con
el mismo conjunto de protocolos. [17]
1.4.2.2. Bluetooth.
Bluetooth es un protocolo de comunicación mediante ondas de radio, que opera
en la banda de frecuencia de 2,45 GHz, este permite a dispositivos electrónicos
conectarse y comunicarse de forma inalámbrica a través de redes de corto
alcance. Cada unidad puede comunicarse simultáneamente con hasta otras siete
unidades y a su vez cada unidad puede pertenecer simultáneamente a varias
conexiones [9].
El rango de frecuencia en la que opera es de 2,4 a 2,48 GHz con posibilidad de
transmisión en Full Duplex, su enlace es tan altamente confiable lo que hace de
esta tecnología una de las más aptas y utilizadas para cualquier tipo de aplicación
en comunicaciones digitales ya que cuenta con procesos de encriptación
habilitados para garantizar comunicaciones seguras y confiables, ofrece una
inmunidad natural a la interferencia empleando espectro disperso de salto de
frecuencia FHSS a 1600 saltos por segundo [10]. En la figura 6 se observa una
conexión simultánea de varios dispositivos mediante Bluetooth.
Fig. 6. Conexión de diferentes dispositivos mediante Bluetooth [9].
1.4.3. Sistema Operativo Android. [14]
El sistema operativo ANDROID fue creado por Google y Open Handset Alliance,
permite el desarrollo de aplicaciones en dispositivos móviles aprovechando al
máximo las herramientas que el dispositivo posee.
Está construido sobre el kernel de Linux, y posee una arquitectura la cual permite
que cualquier aplicación tenga acceso a las herramientas de un dispositivo móvil.
Android es un sistema operativo libre y debido a esto se puede aprovechar para el
desarrollo de software en dispositivos moviles, es de código abierto y puede ser
utilizado para incorporar tecnologías que vayan surgiendo
Android cuenta con un grupo de desarrolladores que constantemente crean y
diseñan aplicaciones innovadoras para expandir el funcionamiento de los
dispositivos. La estructura de éste sistema operativo está compuesta de
aplicaciones que se ejecutan en un framework de Java de aplicaciones dirigidas a
objetos, además está integrado por 12 millones de líneas de código, por ejemplo,
2,8 millones de líneas en lenguaje C,1,75 millones de líneas en lenguaje C++,
entre otros.
En la siguiente imagen se puede observar la arquitectura del sistema operativo
Android:
Fig. 7 Arquitectura de Android. [14]
1.4.3.1. App Inventor 2
Este software fue creado mediados de 2009 por el profesor Harold Abelson del
Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), inicialmente se presentó como
herramienta de trabajo para universidades, pero con los resultados obtenidos por
estudiantes y maestros, en 2010 la plataforma en alianza con Google fue puesta
en internet para el acceso de cualquier persona.
Esta es una herramienta on-line con la capacidad de crear aplicaciones para el
sistema operativo Android, usa una lógica de bloques con características
especiales que al ser interconectados realizan los procesos específicos según
cada configuración (véase Fig 8.). Novatos en el manejo de App Inventor pueden
tener su primera aplicación en funcionamiento en una hora o menos, y se pueden
programar aplicaciones más complejas en mucho menos tiempo que con los
lenguajes tradicionales basados en texto [8].
App inventor se ejecuta como un servicio Web administrado por personal del
Centro del MIT para el aprendizaje móvil, en colaboración con el laboratorio del
MIT de Ciencia Computacional e Inteligencia Artificial (CSAIL) y el Laboratorio de
Medios del MIT.
Fig. 8 . Conexión de bloques lógicos.
1.4.4. Arduino Uno
Arduino nació en el año 2005 en el instituto de diseño interactivo de Ivrea (ITA) es
una plataforma electrónica de código abierto basado en software libre y hardware
fácil de usar. Está dirigido a cualquier persona que hace proyectos interactivos.
Arduino cuenta con 14 pines digitales de entrada/salida utilizados para control y
adquisición de información del entorno, de estos 6 se puede utilizar como salidas
PWM, cuenta con 6 entradas analógicas, además de un oscilador de cristal de 16
MHz, también lo conforman tres conectores, uno para conexión USB, otro de
alimentación y finalmente uno para ICSP, además de un botón de reinicio. Los
pines a A0 a A5, proporcionan 10 bits de resolución es decir 1024 valores
diferentes; por defecto se miden 0 a 5 voltios [12].
El lenguaje de programación Arduino está basado en Wiring y el entorno de
desarrollo Arduino está basado en Processing [11].
Fig. 9 Placa Arduino UNO [11].
1.4.5. PID (Proporcional Integral Derivada) [35]
El PID es un controlador comúnmente utilizado en procesos donde las variables
presentan fluctuaciones y es necesario que el sistema presente estabilidad
realizando acciones de regulación y autocorrección. Está regido por la siguiente
ecuación:
( ) ( )
∫ ( )
( )
(1)
Donde es la ganancia proporcional, ( ) es el error de la señal, ( ) es la
entrada de control de proceso, es la constante de tiempo derivativa y es la
constante de tiempo integral.
En el dominio s, el controlador PID está regido por la ecuación (2):
( ) [
] ( ) (2)
( , , ) Son los principales parámetros de un controlador PID.
Ziegler/Nichols plantearon valores para los parámetros del control PID basados
en análisis de lazo abierto y cerrado del proceso a controlar. En lazo abierto, los
diferentes procesos se pueden determinar con la función de transferencia (3):
( )
( ) (3)
Donde los coeficientes son obtenidos de la respuesta del sistema en
lazo abierto a una entrada escalón. Se parte del sistema estabilizado en ( )
para ( ) ; luego se aplica una entrada escalón de , y por último se
registra la respuesta de salida hasta que se estabilice en el nuevo punto de
operación.
Fig. 10 Respuesta de salida a una entrada escalón.
Los parámetros pueden ser obtenidos de la siguiente respuesta:
(4)
Según Ziegler/Nichols, las relaciones de los parámetros con los coeficientes son
las siguientes:
(5)
Para realizar un control PID discreto, re requiere una transformada Z dada por la
ecuación (7).
( ) ( ) [
( )
( )
] (7)
Además
( )
( )
( ) ( ) (8)
Donde
(9)
Existen diferentes formas de realizar de manera práctica un controlador PID, a
continuación una de las más comunes:
Fig. 11 Diseño paralelo del controlador PID.
2. DESARROLLO
2.1. Caracterización del prototipo. (Anexo 1)
En los acompañamientos realizados con el cuerpo de bomberos de Medellín se
recopiló información que genero un lineamiento tanto de trabajo como de
operación, que debía seguir el prototipo para prestar un apoyo encaminado a las
posibles situaciones de riesgo que pueden presentarse en el área metropolitana,
esta información es un conjunto de en experiencias, vivencias y entrenamiento
dentro del cuerpo de socorro.
Este prototipo fue encaminado a realizar funciones de apoyo en 4 tipos de
incendios
o Vehicular
o Estructural
o Materiales Peligrosos
o Forestal
También se definió los tipos de fuego a los que debía estar en capacidad de
enfrentar, los cuales son Tipo A, B y C.
La altura del prototipo no debería superar un metro, debido a que el aire caliente
circula en la parte superior de las edificaciones, provocando así que las
temperaturas a alturas más cercanas al suelo sean menores; Este prototipo va a
ser construido a una escala de 1:2 es decir por cada centímetro (1cm) en las
medidas del prototipo, en robot operativo tendrá (2 cm); es necesario un sistema
de tracción que brinde estabilidad y buen desempeño en diferentes tipos de
terrenos, adicionalmente se necesita captura de video en vivo para realizar
funciones de identificación.
Se requiere un control inalámbrico de la apertura del flujo de agua, para eventos
en los que se deba probar los tipos de reacciones de diferentes compuestos a
esta, además de su función principal en las operaciones de mitigación o extinción.
La construcción prototipo se basará en una compilación de información, que
creará una base de los requerimientos y características que un robot operativo
debe contar.
2.2. Desarrollo del prototipo
Este prototipo consta de:
A. Elementos externos(Ilustración 1)
1. Soporte de rotación e inclinación.
2. Carcasa.
3. Sistema de tracción “Orugas”
4. Motores de tracción.
Ilustración 1 Elementos externos del prototipo.
B. Elementos Internos. (Ilustración 2)
5. Electroválvula y sistema de alimentación de agua.
6. Baterías de 12V
7. Sistema de alimentación eléctrica.
8. Arduino Uno
9. Cámara inalámbrica.
10. Puente H L298.
11. Modulo Bluetooth RN-42
Ilustración 2 Elementos Internos del prototipo.
Duraste este capítulo se presentarán los detalles técnicos de los componentes que conforman el prototipo, acompaño por las funciones que desempeñan.
2.2.1. Arduino UNO
Es en encargado de realizar todas las acciones de mando y control, en él se encuentra toda la programación tanto del direccionamiento de los motores DC como de los Servomotores, se encarga del procesamiento de los comandos recibidos a través de su puerto serial y las señales que ingresan por sus entradas análogas, además contiene el código encargado de realizar los ajuste de posición del soporte de rotación e inclinación y la escalizacion de los valores de temperatura generaros por el LM35.
Fig. 12 Conectores y pines Arduino UNO
2.2.2. Puente H L298D
Es circuito integrado diseñado para aceptar niveles lógicos TTL estándar y
manejar cargas inductivas tales como relés, motores DC y pasó a paso, dispone
de cuatro entradas y cuatro salidas, con ellas se posibilita el control simultaneo e
independiente de dos motores, debido al rango de voltaje que admite para
alimentar la carga, cumple con los requisitos para ser el encardo de la activación
de los motores. [22]
Fig. 13 Distribución de pines L298D [22]
Voltaje de alimentación Carga
5 V - 46 V
Corriente Nominal 2A
Voltaje de alimentación 5 V - 7 V
Cero (0) Lógico 0.3V - 1.5V
Uno (1) Lógico 2,3 V - Vss
Temperatura de trabajo: (-)25 °C - 130 °C
Tabla 1. Ficha técnica L298D [22]
El control de los motores de tracción de 24V se realizó utilizando 4 puertos del
Arduino como salidas se envían Unos (1) y Ceros (0) lógicos a las entradas de
puente H, el control lógico de dirección de este prototipo se puede ver en la Tabla
2, de esta forma se obtuvo el direccionamiento del prototipo.
Valor Lógico
Adelante 1 0 1 0
Derecha 1 0 0 1
Atrás 0 1 0 1
Izquierda 0 1 1 0
Detenerse 0 0 1 1
Tabla 2. Tabla Lógica L298.
2.2.3. Batería 12V
Este prototipo utiliza 2 baterías de 12v, 7AmpH, a continuación se presenta sus
características principales.
Voltaje Nominal 13,5 - 13,8 VDC
Corriente Nominal 7A
Corriente de Carga 2,10A
Vida Útil
20 Horas (350 mA)
10 Horas (650 mA)
5 Horas (1,2 A)
1 Hora (4 A)
Tabla 3. Ficha técnica batería de 12V [21]
2.2.4. Sensor de rotación análogo
Este es el encargado de indicar al Arduino la posición de los servomotores
mediante una señal análoga, esta es recibida, almacenada e interpretada como
un valor el cual es requisito para realizar el cálculo de error dentro de la
programación de la corrección de posición.
Las características para elegirlo como sensor en este prototipo son: [36]
Compatibilidad con Arduino
Funcionamiento a 5v
Censa 300° de rotación.
2.2.5. Sensor de temperatura LM35 [37]
Este sensor es calibrado en grados centígrados desde su fabricación y presenta
cambios en la tensión de salida que son linealmente proporcionales a la
temperatura, además de presentar un auto-calentamiento bajo. En la tabla 4 se
pueden ver las especificaciones de este sensor.
Rango de operación (°C) –55 - 150
Voltaje de operación. 4 -30V
Factor de escala 10 mV/°C
Precisión garantizarle 0,5 ° C
Salida de baja impedancia 0,1 Ω de
carga 1 mA
Corriente de alimentación 60uA
Tabla 4 Características LM35.
El LM35 se empleara para sensar la temperatura interna del prototipo, esta señal es recibida por el Arduino y posteriormente enviada vía Bluetooth al dispositivo móvil para la su impresión en la casilla “TEMP” (Véase MANUAL DE USUARIO FF-01). Para que el Arduino pueda enviar un dato exacto de temperatura es necesario escalizar la señal entregada por el sensor, a continuación se realiza esta trasformación. Inicialmente de se elige la escala de temperatura a trabajar.
(1)
Teniendo un voltaje de referencia, se realiza una relación para conocer cuántos datos son trasmitidos por cada medida de voltaje.
(2)
(3)
(4)
(5)
En esta fórmula el valor de voltaje que ingresa por el puerto análogo, es transformado a un valor en °C.
(6)
2.2.6. Módulo Bluetooth RN-42
Los pines TX y RX del módulo Bluetooth fueron conectados a los pines 0 y 1 del
Arduino respectivamente además la alimentación que se establece al conectar los
pines VCC y GND a la salidas 3,3V y GND. Este dispositivo es el encargado de
enlazar el Arduino con el IHM (Interfaz Hombre Maquina)el cual está programado
en una Tablet, los comandos se envían vía Bluetooth desde el del dispositivo
móvil al RN-42, ya que la comunicación serial se caracteriza por recibir y enviar un
dato a la vez, todos los mandos del IHM envían solo un carácter. [23]
A continuación se presentan las características principales del Módulo RN-42
compiladas en la Tabla 5.
Voltaje (DC) 3.0 -3.6 V
consumo de Radio encendido 40 mA
Conectado y transfiriendo datos 40 - 50 mA
Rango de temperatura de operación (-)40 °C - 85 °C
Rango 20 Mts
Frecuencia 2402 - 2480MHz
Comunicaciones seguras Encriptación de 128 bit
Tabla 5 Ficha técnica Modulo RN-42[23]
2.2.7. Motor DC Un motor de corriente continua (DC) es una máquina utilizada para transformar energia eléctrica en energía mecánica causando un movimiento rotatorio debido a la presencia de un campo magnético. Está compuesto por un estator y un rotor .El primero es un electroimán constituido por un par de polos y da un soporte mecánico al motor, el segundo es una pieza giratoria generalmente cilíndrica alimentada con corriente directa por medio de escobillas que son piezas de grafito o también llamadas carbones. Para este proyecto la caja reductora de motor elegido permite su fácil acople con el chasis del mismo, ayudando así a crear una estructura.
Fig. 14 Motor DC
2.2.8. Servomotor S3003 Está compuesto por un circuito de control, un motor DC y una caja reductora, se puede ubicar en cualquier posición en un rango de 180°, cuenta con 3 pines dos para la alimentación y uno de control. [24] El soporte de rotación e inclinación cuenta dos de estos motores uno encargado del desplazamiento en el eje X y el otro para el eje Y.
Sistema de Control: Ancho de pulso de control
1520uS
Pulso requerido: 3-5 Voltios Pico a Pico onda
cuadrada.
Voltaje de operación: 4.8-6.0 Volts
Rango de Temperatura de operación:
-20 to +60 °C
Torque (4.8V): 3.2kg.cm
Torque (6.0V): 4.1kg.cm
Corriente de drenaje (4.8V):
7.2mA/idle
Corriente de drenaje (6.0V):
8mA/idle
Tabla 6. Ficha técnica Servomotor S3003 [24]
2.2.8 Electroválvula.
Se eligió usar una electroválvula de 12v, ya que este es uno de los voltajes que
tenemos disponibles en el sistema de alimentación además desde la
caracterización se definió que todo el sistema de alimentación de agua desde la
manguera hacia la boquilla seria con tubería de diámetro ½”, este tipo de
electroválvula es activada por un servomotor, y resiste una presión máxima de
136Psi, la presión máxima del trabajo del prototipo es de 70Psi dando así un buen
rango de trabajo. [25]
Voltaje de operación: 12V DC
Corriente 250mA
Presión: 0.02-0.8Mpa
Modo de operación: Normalmente
cerrada
Entrada y salida: 1/2"
Temperatura del fluido: 0-100°C
Uso: Agua o fluido de baja viscosidad
Tabla 7. Características Electroválvula 12V 1/2"[25]
2.2.9. Soporte e rotación e inclinación
Este es el encargado de realizar el direccionamiento de la boquilla con ello del
flujo de agua que sale por la misma, está construido en aluminio, este material es
resistente y liviano se eligió para no agregar más peso a los motores, cuenta con
90° de libertad en los ejes X y Y ofrecidos por cada uno de los motores. Este fue
ubicado en la línea del centro de masa, que para este prototipo se aproximó al
centro geométrico, la posición hace referencia a la ubicación que tiene las torretas
de las máquinas utilizadas por los cuerpos de antimotines.
Fig. 15 Soporte de rotación e inclinación.
2.2.10. Cámara inalámbrica.
Esta cámara opera en la banda de 2,4Ghz, requiere de un voltaje de alimentación de 5V, cuenta con un receptor de video el cual puede ser conectado a un computador o monitor para iniciar con la visualización de imágenes.
Fig. 16 Cara Inalambrica.
A continuación se presenta la figura 17 que corresponde al esquema de conexión
de los elementos nombrados anteriormente
Fig. 17. Diagrama de conexiones del Prototipo.
2.3. Diseño de sistema de tracción.
El diseño del sistema de tracción está basado en un sistema de orugas, el cual es
aplicado en algunas máquinas usadas en el campo de la construcción, los
tanques blindados y gran variedad de vehículos de nieve.
Analizando el contexto de los terrenos en los que los vehículos anteriormente
nombrados desarrollan sus labores, se realizó un comparativo de los posibles
escenarios que enfrentaría el Prototipo dando como resultado la elección de este
sistema en particular.
En la Figura 16 se presenta un diagrama sé cómo se crearon las orugas, el chasis
y la plataforma donde se ubicarían todos los componentes.
El sistema de tracción principal está compuesto por un par de orugas cada una
está constituida por
2. Piñones Fijos, 2 Piñones rueda libre, 1 Eje Porta Sprocker (Figura 18),1 Flache
rueda libre (Figura 17), 8 Poleas guías de cadena (inferior) (Figura 19), 1 Soporte
de rodamiento a chasis(Figura 20), 2 cadenas de 1,3 Mts. 2 sistemas de
amortiguación independientes, 1 Motor de traccion.
Es necesario que los Piñones Fijos, Piñones rueda libre y la cadena tengan la
misma relación de transmisión para asegurar que el sistema gire sin hacer
esfuerzos adicionales.
Fig. 18 Diagrama de Flujo construcción de orugas.
. .
Fig. 19 Flanche rueda libre.
Fig. 20 Eje porta “Sprocket”.
Fig. 21 Polea guía de cadena (Inferior).
Fig. 22 Soporte de rodamiento a chasis.
2.4. Software
Para cumplir con los requerimientos del dispositivo se utilizaron dos software
diferentes App Inventor y Arduino, el primero para la programación de los
comandos y el segundo encargado de todas las acciones de control y
direccionamiento.
En este Software App Inventor se creó una aplicación de extensión .apk instalable
en dispositivos Android, en ella se programaron todos los comandos necesarios
para el control del prototipo, la distribución de botones está especialmente
diseñada para una Tabalet de 7”.
Fig. 23 Distribución espacial de comandos en aplicación Joystick
1. Direccionamiento de soporte de rotación e inclinación,
2. Movimiento del vehículo.
3. Apertura y cierre de la electroválvula,
4. Temperatura interna del Prototipo.
5. Enlace Bluetooth y cierre de Aplicación.
A continuación se presenta la lógica de programación de la aplicación.
Ilustración 3 Diagrama de flujo Código IHM.
Inicialmente se programó el botón conectar, este es el encargado de enlazar el
Bluetooth del dispositivo con una dirección MAC especifica (Véase Fig.13), si los
dos dispositivos establecen comunicación el texto y el color de fuente de este
botón se modifica de “CONECTAR” a “OFF” dando una indicación visual que
confirma el enlace; al mantener presionado por 3 segundos desconectan los
dispositivos y las características de texto del botón regresan a como estaban
inicialmente.
El cierre de la aplicación está programado en el botón “SALIR”, para este se tuvo
como medida, que se debía mantuviera presionado durante 3 segundos, así se
pretende evitar que por una accionamiento erróneo la aplicación se cierre.
Fig. 24 Bloques Logicos.
Los comandos encargados del movimiento del prototipo y el direccionamiento del
soporte de rotación e inclinación están conformados por botones ubicados a la
derecha e izquierda de la pantalla respectivamente, al accionar cualquiera de
estos mandos se envía un carácter vía Bluetooth al Arduino.
AD= ADELANTE. El prototipo se mueve hacia adelante.
IZQ= IZQUIERDA. El prototipo gira sobre su eje hacia la izquierda.
DER=DERECHA. El prototipo gira sobre su eje hacia la derecha.
AT=ATRÁS. El prototipo se mueve hacia atrás.
ST=STOP. Se detiene el movimiento.
UP=El soporte de rotación e inclinación aumenta 10° a su posición en el eje Y.
L= El soporte de rotación e inclinación disminuya 10° a su posición en el eje X.
R= El soporte de rotación e inclinación aumenta 10° a su posición en el eje X.
DOWN= El soporte de rotación e inclinación disminuya 10° a su posición en el eje
Y.
Fig. 25. Comandos de movimiento y dirección
Para la apertura y cierre de la electroválvula se cuenta con dos botones “ABRIR” y
“CERRAR”, estos son los encargados de enviar los caracteres que activan la
energización de la electroválvula permitiendo el paso de agua por la misma desde
el punto de alimentación hacia la boquilla.
Fig. 26 Apertura y cierre de electroválvula.
Como se muestra en la figura 12 el IHM cuenta con una casilla donde se aprecia
la temperatura interna del prototipo, este dato es proporcionado por un sensor
conectado al Arduino en el cual realiza un escalamiento de la señal,
convirtiéndola en datos de temperatura en grados centígrados y posteriormente se
enviándolos al dispositivo móvil.
Se creó una variable global llamada “TEM” donde se almacenara los datos
enviados desde Arduino, luego se creó un temporizador con un ciclo de 2
segundos y un condicional el cual genera control sobre los datos recibidos, para
cumplir esta condición es necesario que estén llegando datos al módulo Bluetooth
del dispositivo con un valor X, con X>0, si esta condición se cumple entonces se
almacenan los datos en la variable global “TEM” y posteriormente se imprimen el
cuadro de texto dispuesto para mostrar estos datos.
Fig. 27 Bloques para imprimir valor de temperatura.
El código que permite controlar el robot bombero está basado en un lenguaje C++
programado en una plataforma libre, el código que acciona el robot inicia
incluyendo las librerías para el control de los servomotores y la comunicación
serial. Después se definen las variables globales, seguido se encuentra el Void
Setup, allí se encuentran declarados los pines que se van usar y como se van usar
(entradas o salidas). En el void Geterror se encuentra el código que se encarga
de calcular el cambio en la posición de los servomotores, leyendo la posición que
se indica a través de los comandos de dirección se hace una comparación conla
señal obtenida por el sensor de rotación que indica cual es la posición real del
servomotor, esta posteriormente se encuentra CalculatePID que se encarga de
compensar el movimiento generado por la presión del agua a la manteniendo la
dirección del flujo de agua, en el void loop que es el ciclo infinito se invocan las
funciones descritas anteriormente, además se encuentra el sensor de temperatura
LM35 conectado al pin A2, Vcc y Gnd. El valor obtenido por el puerto análogo es
escalizado y guardado en una variable para ser impreso por pantalla
posteriormente.
Finalmente se encuentra la comparación realizada para identificar los valores que
han sido enviados por serial desde el dispositivo móvil, estos comandos permiten
poner en marcha el robot bombero. La rotación de ángulos de los servo se
encuentra descrita en esta parte del código esta parte del código es de vital
importancia ya que le brinda la posibilidad al usuario de tener mayor ángulo de
acción
El código se encuentra ubicado en el Anexo 2, se recomienda interpretar la
anterior descripción, haciendo un análisis simultaneo del código en leguaje de
Arduino.
A continuación se presenta el diagrama de flujo del Anexo 2.
Ilustración 4 Diagrama de flujo condigo IHM
2.5 Diseño Carcasa
Teniendo en cuenta el ambiente en el que el prototipo debe desempeñar sus
funciones y las características de estas, se eligió la fibra de vidrio como material
para la carcasa, dentro de sus prestaciones y características se encuentra su alta
resistencia, que no es conductor de electricidad, no interfiere con las ondas de
radio o electromagnéticas, es un material ligero y es resistente a la corrosión. [26]
Inicialmente se creó un molde fabricado en cartón industrial con la forma que
adoptaría la carcasa (Véase Fig.22)
Fig. 28 Molde de carcasa.
Con este molde se creó la estructura que protegerá todos los circuitos internos y
las baterías del prototipo.
Por sus funciones era necesario que el prototipo fuera impermeable, para esto se
usó un empaque plástico entre la carcasa y el chasis del mismo.
2.6 Pruebas de presión.
En esta etapa se realizaron dos tipos de pruebas, la primera era para conocer las
características de sistema de bomba ubicado en el laboratorio de Mecánica de
Fluidos de la Universidad de San Buenaventura sede Medellín:
Basado en el manual de la bomba tipo GS Marca IHM y las mediciones del
manómetro instalado en el impele se obtuvieron los resultados de la expuestos en
la Tabla 7. [28] [29]
Para realizar estas pruebas se utilizó el PLC del laboratorio para controlar la
motobomba, así se pudo tener del porcentaje exacto de trabajo de la motobomba,
se establecía un porcentaje, posteriormente se daba un lapso para la
estabilización de la bomba y finalmente se tomaba la medida de la presión.
Fig. 29 Medidas de Presión en manómetro ubicado en Motobomba.
Capacidad de la Motobomba (%)
PSI
60 30
70 40
75 46
80 50
Caudal
120 Gls/Min
Tabla 8 Presión en Motobomba. [28] [29]
Y el segundo para comprobar la resistencia y respuesta del prototipo a diferentes
presiones.
Inicialmente se adquirieron todos los elementos del sistema de alimentación de
agua con una resistencia mayor a 100Psi. Se realizó la conexión del prototipo a
una toma de agua urbana donde se manejan presiones de 15 a 20 Psi (Anexo 1)
Fig. 30 Pruebas de presión con conexión a toma urbana.
Al comprobar que no se presentó ningún tipo de fuga, se prosiguió con la conexión
del prototipo a una máquina de bomberos. (Todo este procedimiento fue realizado
en acompañamiento y supervisión de un maquinista certificado)(Anexo 1)
Fig. 31 Acompañamiento cuerpo de Bomberos Medellín.
Fig. 32 Conexión de Prototipo a Máquina de bomberos.
Fig. 33 Sistema de regulación Máquina de bomberos.
Fue necesario conectar una reducción tipo “Bushing” ya que el diámetro de la
salida del carro de bomberos es de 1 ½” y el de manguera es de ½”; Al iniciar la
maniobra es necesario que la electroválvula del prototipo se encuentre cerrada,
esto por recomendación de los bomberos. La presión de esta carga inicial es de
Aproximadamente 10 Psi como se aprecia en la Figura 33.
Fig. 34 Presión con electroválvula cerrada.
Debido efecto Venturi, la presión en la manguera va a ser menor que la presión en
la salida como se puede apreciar las figura 34 que hacen referencia a los 2
manómetros un ubicado a la entrada a la manguera y el otro a la salida de la
conexión de 1 ½”.
Fig. 35 De izquierda a derecha, Manómetros conexión ½” y 1 ½”
La presión máxima aplicada al prototipo fue de 60PSI, esta restricción fue
siguiendo las características de los servomotores encargados de direccional el
soporte de rotación e inclinación.
Fig. 36 Presión máxima ejercida sobre el Prototipo.
3. RESULTADOS
Dentro de los resultados obtenidos en la realización de este proyecto se
encuentra:
Prototipo operativo de robot bombero y aplicación móvil en extensión .Apk
centrada al direccionamiento del prototipo, que cumplen con los objetivos
propuestos en este proyecto de grado.
Fig. 37 FF-01
Exposición en calidad de Ponente “I Encuentro de Semilleros de
Investigación de Facultades de Ingeniería de Telecomunicaciones y Afines
de la Ciudad de Medellín”
Exposición en calidad de Ponente” ENCUENTRO DEPARTAMENTAL
DE SEMILLEROS DE INVESTIGACIÓN REDCOLSI, NODO
ANTIOQUIA”
Manual de usuario de FF-01 y Compilación de información reunida en los
acompañamientos con el cuerpo de Bomberos de Medellín.
Fig. 38 Cuerpo de bombero Medellín, Estación Libertadores.
3.1 TRABAJO A FUTURO
I. Detección del sistema personal de alerta de seguridad (PASS),exigido
por la NFPA 1500el cual emite una señal audible, esta puede ser
activada manualmente o cuando el dispositivo detecta que el bombero
no se mueve durante 30 Segundos.
II. Instalación de Cámara infrarroja, para contribuir al reconocimiento y
análisis del incendio.
III. Construcción de otro prototipo con énfasis a la exploración.
IV. Creación de Robot Bombero totalmente funcional.
4. CONCLUSIONES
Se constató que los bomberos requieren herramientas como este prototipo para
para un desarrollo más seguro de su labor.
Se desarrollaron varias pruebas con el fin de determinar el rango de presiones de
trabajo a las que el prototipo puede desempeñar sus funciones sin presentar
fallas.
Se pudo construir un prototipo que de manera inicial cumple con las
características básicas que debería tener un Robot bombero operativo (Anexo 1).
Se inició con una rama de investigación que presentó buenos resultados y que
ofrece gran campo de evolución para este prototipo y otros de la misma índole.
Es importante tener claro que como prototipo las funciones de éste, aún no son
aplicables en incendios.
MANUAL DE USUARIO FF01 Versión 1
Manual del Usuario – Favor de leerlo antes de utilizar el prototipo.
_______________________________________________________________________________
Universidad de San Buenaventura Medellín
Facultad de ingenierías.
Tabla de contenido
1. Introducción.
1.1 Propósito del documento
2. Descripcion del Prototipo.
2.1 Elementos externos del prototipo.
2.2 Elementos internos del prototipo.
3. Carga o reemplazo de la batería.
4. Operación.
Tabla de imágenes
Imagen 1 . Descripción de la aplicación.
Imagen 2 Elementos externos del prototipo.
Imagen 3 Elementos internos del prototipo.
Imagen 4 Tornillos de seguridad carcasa y amarres de baterías.
Imagen 5 Interruptor principal.
Imagen 6 Conexión del dispositivo.
1. Introducción
1.1 Propósito del documento.
Este manual de usuario tiene como objetivo ofrecer una documentación clara y
precisa acerca de las características del prototipo para una correcta manipulación;
que pueda ser de utilidad tanto para los aspirantes a bombero como para los
profesionales y voluntarios.
Adicionalmente cuenta con una guía gráfica, la cual brinda al lector una
explicación clara acerca de las funciones y formas correctas de operar el
dispositivo.
2. Descripción del dispositivo
En la figura 1 se muestra la descripción de cada uno comandos de la aplicación
Joystick.
Figura 1. Descripción de la aplicación.
1. CONECTAR: Con un clic el dispositivo realiza el enlace con el modulo
Bluetooth, si la conexión es exitosa el botón cambia su nombre a OFF.
2. SALIR: Presionando por 3 segundos se cierra la aplicación.
3. IZQ: Con un clic el vehículo gira hacia la izquierda.
4. DER: Con un clic el vehículo gira hacia la derecha.
5. ST: Con un clic se detiene el movimiento del prototipo.
6. AD: Con un clic el vehículo se mueve hacia adelante.
7. AT: Con un clic el vehículo se mueve hacia atrás.
8. L: Con un clic el soporte de rotación e inclinación gira 10 grados hacia la
izquierda.
9. R: Con un clic el soporte de rotación e inclinación gira 10 grados hacia la
derecha.
10. UP: Con un clic el soporte de rotación e inclinación gira 10 grados hacia
arriba.
11. DOWN: Con un clic el soporte de rotación e inclinación gira 10 grados hacia
abajo.
12. ABRIR: Presionando por 3 segundos la electroválvula se abre.
13. CERRAR: Presionando por 3 segundos la electroválvula se cierra.
14. TEMP: Se observa la temperatura interna del prototipo.
2.1 Elementos externos del prototipo.
Figura 2. Elementos externos del prototipo.
1. Soporte de rotación e inclinación.
2. Carcasa.
3. Orugas.
4. Motores de tracción.
2.2. Elementos internos del prototipo.
Figura 3. Elementos internos del prototipo.
5. Electroválvula y sistema de alimentación de agua.
6. Baterías.
7. Modulo alimentación eléctrica.
8. Arduino uno
9. Cámara.
10. Puente H L298.
11. Modulo Bluetooth RN-42.
3. Carga o reemplazo de la batería
Figura 4 Tornillos de seguridad carcasa y amarres de baterías.
1. Apague el Robot
2. Retire los 6 tornillos ubicados en la parte inferior. (tornillo tipo estrella,
Véase Fig. 4)
3. Levante la cubierta superior del dispositivo teniendo precaución con los
cables que alimentan los motores de la plataforma de rotación e inclinación.
4. Utilice un cargador especializado para este tipo de baterías
5. En caso de reemplazo de baterías es necesario retirar los 4 tornillos de los
amarres de baterías. (tornillo tipo estrella, Véase Fig. 4)
6. Asegure las baterías
7. Conecte nuevamente los cables de alimentación de los servomotores.
8. Asegure la cubierta teniendo especial cuidado con la posición del empaque
para evitar posibles filtraciones.
4. Operación
Antes de realizar cualquier maniobra revise el estado operativo de todos los
componentes del prototipo, el estado de carga de las baterías.
Es recomendable lubricar el sistema de tracción para extender su vida útil; al
finalizar las maniobras que requieran uso de agua es necesario que seque el
prototipo con un paño suave y se asegure de drenar el agua almacenada tanto en
la manguera como el sistema de alimentación del prototipo.
El primer paso para poner en funcionamiento el dispositivo es encender el
prototipo desde el interruptor principal.
Figura 5 Interruptor principal.
Posteriormente se conecta y se valida que el Bluetooth del dispositivo móvil este
encendido, luego se procede abrir la aplicación Joystick en la cual aparecerá un
menú que contiene todos los comandos de operación del prototipo como lo
muestra la figura 1.
Inicialmente se establece el enlace con el prototipo, para esto se utiliza el botón
CONECTAR, para confirmar que la comunicación fue exitosa el botón
CONECTAR cambiará su nombre a OFF, como se ilustra en la figura 6
Figura 6. Conexión del dispositivo.
En este momento el prototipo se encuentra listo recibir y ejecutar los comandos
dados por el operario.
Antes de iniciar cualquier maniobra se debe tener claro conocimiento sobre la
operación del prototipo y se recomienda acompañamiento constante de un
profesional del cuerpo de bomberos cuando sea necesaria la conexión una
máquina de bomberos.**
El prototipo cuenta con una cámara inalámbrica ubicada en su parte frontal, Es
necesario para recibir imágenes desde contar con el receptor de video y software
Ulead Video Studio, compatible con este modelo.
**La conexión trasera del prototipo tiene un diámetro de ½”, según el modelo del
vehículo de bomberos con el cual se va a realizar el acople, es necesario contar
con los elementos apropiados para asegurar un empalme sin fugas.
ANEXO 1
A continuación se presenta el acompañamiento realizado con el cuerpo de
bomberos de Medellín, este proceso de adquisición de información se creó a
partir de un grupo de visitas realizadas en la estación Libertadores ubicada en la
Cra. 61 # 48-104 Medellín, Antioquia, estos acompañamientos fueron realizados
con los señores:
Willian Correa (Teniente).
Orlando Velásquez (Bombero Profesional)
Augusto Ocampo (Bombero profesional y Maquinista)
Además una charla en la residencia de los señores:
Gustavo de Jesús González (Bombero profesional)
Juan David González (Bombero profesional en curso)
Contacto estación Libertadores (512-66-34)
La metodología del acompañamiento se basó en recopilar las respuestas y
comentarios que se generaban a través de las dudas, inquietudes y
requerimientos para la creación del prototipo.
En ningún momento se pretendió realizar entrevistas si no la construcción de un
aprendizaje mutuo.
¿Qué tipos de incendios podría enfrentar el prototipo?
“se debe encaminar a los incendios de tipo Vehicular, Estructural, Materiales
Peligrosos y Forestales pero teniendo en cuenta que el robot debe estar
conectado a la manguera constantemente, estos lugares deben tener acceso a
agua.
Ya que se esta construyendo es un prototipo y este es para realizar un estudio y
aprender este no debe estar tan cerca del fuego solo un robot completamente
construido y equipado seria enviado ”
¿Qué tipos de fuego podría enfrentar el prototipo?
“Clase A, B, C,”
¿Porque para el fuego tipo C también aplica si estos involucran equipos
eléctricos?
“Cuando nosotros enfrentamos un incendio y vemos un televisor conectado y
quemándose, que es clasificado como un fuego clase C, no deñemos nuestra
labor utilizamos el agua para desplazar los objetos.”
¿Cuándo los incendios son estructurales, Cuál es la distancia del carro al
incendio?
“Si son estructurales de 50 a 100 metros del cuerpo y aislados de viento, porque
los bomberos también trabajamos con el viento, porque puede llegar a la
máquina.”
¿Causas frecuentes de incendios en Medellín?
“Son muy variadas, cortocircuitos, botellas de vidrio en las zonas forestales,
incendios intencionados, velas, etc., pero si nos referimos al mes Diciembre que
presenta mucho trabajo, estas serían en gran cantidad por los Globos y las malas
conexiones eléctrica.”
¿Los riesgos en su labor han aumentado para ustedes con el paso del
tiempo?
“Si bastante mientras hace algunos años atendíamos un incendio en una bodega
de 10x10MTS ahora todo es más grande, los llamados que podía atender una sola
brigada ahora por lo general se requiere apoyo de otras estaciones, además ahora
se presentan muchos accidentes de tránsito y esto aumenta nuestro trabajo”
¿Qué acciones les parecen importantes que realice el prototipo?
“Creemos que sería muy útil para incendios vehiculares que involucren pipetas de
gas, donde se necesita disminuir la temperatura de estas para evitar posibles
explosiones, teniendo un robot lo enviaríamos a realizar exploraciones y acciones
como esta donde no sabemos que pueda pasar, es preferible construir otro robot
que no perder un compañero”
¿Dimensiones recomendables para el prototipo?
“La idea es que no supere un metro, ya que las temperaturas en un incendio son
menores cuando están más cerca del suelo”
¿Cuántos bomberos se requieren para operar una manguera?
“Se necesitan dos personas, una persona que lleva el pitonero y otra que es el que
hala la manguera. “
“En lo que puede ayudar el proyecto es que solo se requiere una persona que
manipule la manguera, para que los bomberos que requiere la operación de la
manguera mientras tanto estén realizando otra acción. “
¿Qué tipos de expulsión maneja la boquilla de la manguera?
“Tres Patrones del chorro: semi-neblina, neblina y directo”
¿Cómo es la relación de presión y revoluciones del motor con respecto al
caudal?
¿Cuáles son las presiones de trabajo?
Normalmente se trabaja con presiones que oscilan entre 30 Psi y 85Psi teniendo
como precaución no sobrepasar 100Psi en el expelente para evitar accidentes ya
que es muy difícil controlar la manguera; la torreta tiene un máximo de trabajo
entre 120Psi y 130Psi, para no forzar el sistema de engranaje de la bomba.
¿Cuál es la presión de salida y entrada al sistema de bombeo?
El manómetro de la izquierda indica la presión en el absorbente que es por donde
se alimenta el circuito de bombeado y el de la derecha indica la presión del
expelente el cual está conformado por tres salidas de 1 y media, 2 pulgadas y
media, además de la torreta; hay que tener precaución pues la salida y la entrada
se relacionan, es decir, si la cantidad de agua que sale es mayor a la que entra, el
tanque se vaciaría y la bomba podría dañarse, en caso contrario el flujo de agua
por el circuito sería obstruido causando así daños en uniones y empaques.
Distribución de salidas.
Las salidas son reguladas por palancas que accionan válvulas de paso.
¿Cuáles son las opciones para alimentar el sistema de bombeo?
Para el sistema de alimentación se cuenta con dos entradas, la entrada 1 de 4
para absorber agua de ríos o piscinas y la entrada 2 de para utilizar hidrantes. Es
muy importante tener todos los expelentes cerrados cuando se usa el sistema en
absorción y tener precaución con el agua que sale del hidrante ya que si presenta
mucha sedimentación puede causar daños a las mangueras; también es de sumo
cuidado el manejo del llamado “Golpe de Ariete” el cual es generado por la presión
del hidrante, para contrarrestar estos efectos es necesario realizar la apertura de
la válvula que controla el paso en la entrada de , en tres tiempos llevando la
palanca a las posiciones 1,2,3 con un lapso de espera entre cada una de ellas
(Véase Fig.); así se previene la avería de los empaques internos de la bomba.
¿Qué piensan como parte del cuerpo de bomberos de Medellín sobre el
prototipo?
“Ese proyecto me parece que es muy práctico para ingresar a un sitio y grabar el
fuego como tal desde su comienzo en algunos sitios donde puede haber mucho
riesgo de explosión o demasiada temperatura donde los bomberos podemos
ingresar y la tecnología aplicada sería muy ideal para proteger la vida del
bombero.”
“En recinto cerrado el riesgo de explosión es más alto, el prototipo podría observar
a través de su cámara y visualiza el área para que cuando el bombero haga su
respectiva entrada ya sepa que se va a encontrar, que si está despejado el área,
hay obstáculos, o hay cilindros de gas; el prototipo también puede aplicar extintor
limpio como CO2 o solkaflam para que ya tenga casi todo controlado, por ese lado
es muy viable y ayudaría bastante a la labor bomberil. “
“Además nosotros llevamos muchos años acá y jamás hemos visto un prototipo de
bomberos y es muy bueno que también se acuerden de esta labor y hayan
avances significativos porque al fin y al cabo es una contribución no solo para la
profesión sino para la población. “
“Una de las limitantes es el acceso al desplazamiento porque en un incendio se
presentan demasiados obstáculos y además hay que darle el enfoque para
algunos sitios.”
“El aparato tiene que ser rígido y pesado, para que sea estable porque si no el
chorro no se dirige correctamente. “
¿Cuáles normas aplican para este prototipo?
“La NFPA 10, 13 (Sistemas Sprinkler que es el sistema de regaderas automáticas
y es el más efectivo en la protección contra un incendio) 14 y la 20 de la NFPA,
que es correspondiente a tanques a tuberías.”
¿Qué temperaturas manejan y que tamaños de incendios y como lo
clasifican?
“Depende como lo encuentre, una temperatura tolerable seria por debajo de los
100 °C porque es dañina para los bomberos y este aparato tendría que soportarlo
y más en recinto cerrado porque va a desalojar el oxígeno”
“Es muy variable las temperaturas, es más hay ocasiones en que nos acercamos
mucho y hasta los cascos se deforman. Este proyecto puede ser aplicable desde 0
hasta 400 grados centígrados por el hecho de que va hacer es un rastreo y
cuando hacen esa función no son tan altas las temperaturas y esa también es una
ventaja que trabaja a ras de piso entonces se tendría mejor visibilidad, menos
humo y lo importante es que el prototipo llegue y haga un barrido inicial para el
ingreso al sitio de los bomberos.”
¿Aportes que los bomberos de Medellín para que el prototipo mejore a futuro
“Puede tener un sensor de ambiente como medidor de oxígeno, como
complemento porque a veces lo más importante no es apagar de entrada el
incendio sino determinar cómo está el panorama para el ingreso de los demás
compañeros.”
“También podemos ver este prototipo no solo como lanzador de agua sino también
puede lanzar polvo químico para saturar el ambiente regulando la temperatura, ya
que cuando lo hacemos los bomberos debemos retirarnos inmediatamente del
lugar porque en cierto grado es perjudicial también para nosotros y a su vez
tendríamos una panorámica con la ayuda de la cámara, entonces a futuro podría
ser dual. “
ANEXO 2 #include <SoftwareSerial.h> #include <Servo.h> // se define al Pin0 como RX, Pin1 como TX SoftwareSerial mySerial(0,1); int grados,movimiento,movimiento2;//Movimiento de servo float temperatura=0; // Variable que almacenará los valores del LM35 Servo servo1; Servo servo2; // define some constants int ActPos = A4; // Seleccionar el pin de entrada para la señal de feedback int ActPos2 = A5; int DesPos = movimiento;// Seleccionar el pin de entrada para la señal de control int DesPos2 = movimiento2; byte PWMOutput; byte PWMOutput2; long Error[10]; long Error2[10]; long Accumulator; long Accumulator2; long PID; long PID2; int PTerm; int PTerm2; int ITerm; int ITerm2; int DTerm; int DTerm2;
byte Divider; byte Divider2; void setup() { //inicializa la comunicación serial // 115200 POR DEFECTO Serial.begin(115200); mySerial.begin(115200); //se configura los pines de entrada y salida pinMode(2,OUTPUT); pinMode(3,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); servo1.attach(10); servo2.attach(11); grados=0; movimiento=0; movimiento2=0; // inicializa el estado de las salidas digitalWrite(2,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); } void GetError(void) { byte i = 0; // read analogs word ActualPosition = analogRead(ActPos); // comment out to speed up PID loop // Serial.print("ActPos= "); // Serial.println(ActualPosition,DEC); word DesiredPosition = analogRead(DesPos); // comment out to speed up PID loop // Serial.print("DesPos= "); // Serial.println(DesiredPosition,DEC); // shift error values for(i=0;i<10;i++) Error[i+1] = Error[i];
// load new error into top array spot Error[0] = (long)DesiredPosition-(long)ActualPosition; // comment out to speed up PID loop //Serial.print("Error= "); //Serial.println(Error[0],DEC); } void GetError2(void) { byte j = 0; // read analogs word ActualPosition2 = analogRead(ActPos2); // comment out to speed up PID loop word DesiredPosition2 = analogRead(DesPos2); // comment out to speed up PID loop // shift error values for(j=0;j<10;j++) Error2[j+1] = Error2[j]; // load new error into top array spot Error2[0] = (long)DesiredPosition2-(long)ActualPosition2; // comment out to speed up PID loop } /* CalculatePID(): Error[0] is used for latest error, Error[9] with the DTERM */ void CalculatePID(void) { // Set constants here PTerm = 2; ITerm = 0; DTerm = 0; Divider = 1; // Calculate the PID PID = Error[0]*PTerm; // start with proportional gain Accumulator += Error[0]; // accumulator is sum of errors PID += ITerm*Accumulator; // add integral gain and error accumulation PID += DTerm*(Error[0]-Error[9]); // differential gain comes next PID = PID>>Divider; // scale PID down with divider // limit the PID to the resolution we have for the PWM variable if(PID>=180) PID = 180; if(PID<=-1) PID = 0;
PWMOutput = PID;// + 127; } void CalculatePID2(void) { // Set constants here PTerm2 = 2; ITerm2 = 0; DTerm2 = 0; Divider2 = 1; // Calculate the PID PID2 = Error2[0]*PTerm2; // start with proportional gain Accumulator2 += Error2[0]; // accumulator is sum of errors PID2 += ITerm2*Accumulator2; // add integral gain and error accumulation PID2 += DTerm2*(Error2[0]-Error2[9]); // differential gain comes next PID2 = PID2>>Divider2; // scale PID down with divider // comment out to speed up PID loop // limit the PID to the resolution we have for the PWM variable if(PID2>=180) PID2 = 180; if(PID2<=-1) PID2 = 0; PWMOutput2 = PID2;// + 127; } //Programa principal. void loop() { GetError(); // Get position error CalculatePID(); // Calculate the PID output from the error servo1.write(PWMOutput); //delay(200); GetError2(); // Get position error CalculatePID2(); // Calculate the PID output from the error servo2.write(PWMOutput2); char c=mySerial.read(); temperatura=(5.0 * analogRead(2) * 100.0) / 1024; if(c=='6') { digitalWrite(2,HIGH); }//Abrir Electroválvula if(c=='a') { digitalWrite(2,LOW); }//Abrir Electroválvula
if(c=='1') { digitalWrite(3,HIGH),digitalWrite(4,LOW),digitalWrite(5,HIGH),digitalWrite(6,LOW); }//ADELANTE if(c=='2') { digitalWrite(3,HIGH),digitalWrite(4,LOW),digitalWrite(5,LOW),digitalWrite(6,HIGH); }//DERECHA if(c=='3'){ digitalWrite(3,LOW),digitalWrite(4,HIGH),digitalWrite(5,LOW),digitalWrite(6,HIGH); }//ATRAS if(c=='4'){ digitalWrite(3,LOW),digitalWrite(4,HIGH),digitalWrite(5,HIGH),digitalWrite(6,LOW); }//IZQUIERDA if(c=='5'){ digitalWrite(3,LOW),digitalWrite(4,LOW),digitalWrite(5,LOW),digitalWrite(6,LOW); }//DETENER if(c=='9'&& movimiento<=80){ grados=10; movimiento = movimiento + grados; }//Mov servo adelante en X if(c=='8'&& movimiento>=0){ grados=10; movimiento = movimiento - grados; }//Mov servo atras en X if(c=='0'&& movimiento2<=80){ grados=10; movimiento2 = movimiento2 + grados; }//Mov servo adelante en Y if(c=='7'&& movimiento2 >=0){ grados=10; movimiento2 = movimiento2 - grados; }//Mov servo atras en Y servo1.write(movimiento); delay(250); servo2.write(movimiento2); delay(250); Serial.println(temperatura); delay(1000);
}
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1 Fases del Proyecto. ............................................................................................... 10
Fig. 2 LUF60. [1] .............................................................................................................. 11
Fig. 3 MVF-5. [1] .............................................................................................................. 12
Fig. 4 ARCHIBOT-M. [1] .................................................................................................. 13
Fig. 5 Modelo de etiquetas para el rotulado y etiquetado de Mercancías Peligrosas. [20]
(continua) ........................................................................................................................ 20
Fig. 6. Conexión de diferentes dispositivos mediante Bluetooth [9]. ................................. 25
Fig. 7 Arquitectura de Android. [14] ................................................................................ 26
Fig. 8 . Conexión de bloques lógicos. ............................................................................. 27
Fig. 9 Placa Arduino UNO [11]. ........................................................................................ 28
Fig. 10 Respuesta de salida a una entrada escalón. ....................................................... 30
Fig. 11 Diseño paralelo del controlador PID. .................................................................... 31
Fig. 12 Conectores y pines Arduino UNO ........................................................................ 35
Fig. 13 Distribución de pines L298D [22] ......................................................................... 36
Fig. 14 Motor DC ............................................................................................................. 40
Fig. 15 Soporte de rotación e inclinación. ........................................................................ 42
Fig. 16 Cara Inalambrica. ................................................................................................. 42
Fig. 17. Diagrama de conexiones del Prototipo. ............................................................... 43
Fig. 18 Diagrama de Flujo construcción de orugas. ......................................................... 45
Fig. 19 Flanche rueda libre. ............................................................................................. 46
Fig. 20 Eje porta “Sprocket”. ........................................................................................... 46
Fig. 21 Polea guía de cadena (Inferior). ........................................................................... 47
Fig. 22 Soporte de rodamiento a chasis. .......................................................................... 47
Fig. 23 Distribución espacial de comandos en aplicación Joystick ................................... 48
Fig. 24 Bloques Logicos. .................................................................................................. 50
Fig. 25. Comandos de movimiento y dirección ................................................................ 51
Fig. 26 Apertura y cierre de electroválvula. ...................................................................... 52
Fig. 27 Bloques para imprimir valor de temperatura. ........................................................ 52
Fig. 28 Molde de carcasa. ................................................................................................ 55
Fig. 29 Medidas de Presión en manómetro ubicado en Motobomba. ............................... 56
Fig. 30 Pruebas de presión con conexión a toma urbana. .............................................. 57
Fig. 31 Acompañamiento cuerpo de Bomberos Medellín. ................................................ 57
Fig. 32 Conexión de Prototipo a Máquina de bomberos................................................... 58
Fig. 33 Sistema de regulación Máquina de bomberos. .................................................... 58
Fig. 34 Presión con electroválvula cerrada. ..................................................................... 59
Fig. 35 De izquierda a derecha, Manómetros conexión ½” y 1 ½”.................................. 59
Fig. 36 Presión máxima ejercida sobre el Prototipo. ........................................................ 60
Fig. 37 FF-01 ................................................................................................................... 61
Fig. 38 Cuerpo de bombero Medellín, Estación Libertadores. .......................................... 62
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Ficha técnica L298D [22] ................................................................................... 36
Tabla 2. Tabla Lógica L298. ............................................................................................ 36
Tabla 3. Ficha técnica batería de 12V [21] ....................................................................... 37
Tabla 4 Características LM35. ......................................................................................... 38
Tabla 5 Ficha técnica Modulo RN-42[23] ......................................................................... 39
Tabla 6. Ficha técnica Servomotor S3003 [24] ................................................................ 41
Tabla 7. Características Electroválvula 12V 1/2"[25] ........................................................ 41
Tabla 8 Presión en Motobomba. [28] [29] ....................................................................... 56
LISTA DE ILUSTRACIONES.
Ilustración 1 Elementos externos del prototipo. ................................................................ 33
Ilustración 2 Elementos Internos del prototipo. ................................................................ 34
Ilustración 3 Diagrama de flujo Código IHM. .................................................................... 49
Ilustración 4 Diagrama de flujo condigo IHM .................................................................... 54
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