AUTOMATIZACIÓN DE LANCHAS BENNETT ALIRIO ROBINSON TAYLOR COD:

AUTOMATIZACIÓN DE LANCHAS BENNETT ALIRIO ROBINSON TAYLOR COD: 1088276316 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA INGENIERIA MECATRÓNICA PEREIRA, RISARALDA 2014

AUTOMATIZACIÓN DE LANCHAS AUTOR: BENNETT ALIRIO ROBINSON TAYLOR COD: 1088276316 TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE TECNÓLOGIA EN MECATRÓNICA DIRECTOR: JAIRO ALBERTO MENDOZA VARGAS DIRECTOR MAESTRÍA EN INSTRUMENTACIÓN FÍSICA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA INGENIERIA MECATRÓNICA PEREIRA, RISARALDA 2014

AGRADECIMIENTOS Le agradezco a Dios por haberme brindado la vida y la sabiduría para cumplir mis metas, a mis padres y familiares que de una u otra forma me han apoyado con sus enseñanzas, igualmente agradezco al director del mismo proyecto, al profesor y director maestría en instrumentación física Jairo Alberto Mendoza Vargas, que ha sido parte fundamental en mi proceso de aprendizaje, y por ser parte de este ciclo, como también a la profesora María Elena Leyes Sánchez, por el apoyo y la enseñanza sobre la realización de dicho proyecto. De ante mano agradecer a todos los integrantes del programa, a la secretaria Sandra Betancourt Isaza y el director del programa Osiel Arbeláez Salazar por el apoyo en el ámbito educacional, de igual forma agradecer a todos los compañeros estudiantes han sido parte de apoyo para este proyecto.

Tabla de Contenido 1. RESUMEN... 6 2. INTRODUCCIÓN... 7 3. CAPITULO I... 8 3.1. MATERIALES PRINCIPALES PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LANCHA.... 9 4. CAPITULO II... 12 4.1. DISEÑO DEL ENLACE DE LOS MATERIALES PRINCIPALES.... 13 5. CAPITULO III... 15 5.1. DETALLES DE LAS CONEXIONES Y UNA BREVE EXPLICACIÓN DE CADA COMPONENTE Y SU APLICACIÓN.... 16 6. CAPITULO IV... 20 6.1. DISEÑO METODOLÓGICO A PEQUEÑA ESCALA.... 21 7. CAPITULO V... 28 7.1. CONCLUSIONES:... 29 BIBLIOGRAFIAS:... 30

LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Sensor de proximidad, (ultrasónico, sonar, infrarrojo).... 9 Figura 2. Receptor GPS.... 9 Figura 3. Circuito de control, (Arduino Uno programable).... 10 Figura 4. Actuadores, (Motor DC, Servo Motor).... 10 Figura 5. Lancha de control remoto adecuado para la implementación del proyecto.... 11 Figura 6. SISTEMAS MECÁNICOS: Diseño de la lancha SOLIDWORKS.... 13 Figura 7. Diseño lancha... 14 Figura 8. Conexión sensor y el sistema de control Arduino, ensamble componentes.... 16 Figura 9. Ensambles componentes, conexión del actuador.... 17 Figura 10. Conexión del motor DC, conexión del actuador.... 18 Figura 11. Conexión del GPS, conexión del actuador.... 19 Figura 12. Ensamble de los componentes principales.... 21 Figura 13. Ensamble motor eléctrico y servo motor.... 22 Figura 14.Sensor infrarrojo.... 23 Figura 15. Voltaje/ Distancia... 24 Figura 16. Programación, con controlador Arduino Uno.... 25 Figura 17. Programación componentes.... 26 Figura 18. Panel frontal del Labview... 27 Figura 19. Sistema de conexión Labview... 27 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Voltajes de salida del sensor con respecto a la distancia de detección 24

1. RESUMEN AUTOMATIZACIÓN DE LANCHAS. En este documento se realiza la indagación de los componentes necesarios para realizar la automatización de la lancha, posterior a esto se implementa un diseño para la incorporación de los sistemas electrónicos, con sensores, motores, circuito de control, circuito de potencia con su respectiva fuente generadora. También se describe la ejecución del sistema mecánico, haciendo el estudio del montaje físico de un prototipo a pequeña escala, en la que se podría apreciar el comportamiento de los sistemas ensamblados. Este proyecto se llevo a cabo teniendo en cuenta que el objetivo general es analizar los mejores componentes a utilizar para automatizar una lancha, con el fin de mejorar la seguridad a la hora de navegar, teniendo en cuenta los peligros que se pueden presentar navegando en alta mar o como también cerca de las playas exponiendo la embarcación y los bañistas a accidentes entre otras. Para esto se dispone de la utilización de sistemas electrónicos (sensores, actuadores, control, potencia) y mecánicos.

2. INTRODUCCIÓN Este proyecto es realizado por el estudiante, BENNETT ALIRIO ROBINSON TAYLOR, estudiante de INGENIERIA MECATRÓNICA por ciclos propedéuticos, ciclo II de Tecnología Mecatrónica. Este proyecto tiene como objetivo, analizar los mejores componentes a utilizar para automatizar una lancha, con el fin de mejorar la seguridad a hora de navegar, teniendo en cuenta los peligros que se pueden presentar navegando en alta mar o como también cerca de las playas exponiendo la embarcación y los bañistas a accidentes entre otras. Para esto se dispone de la utilización de sistemas electrónicos (sensores, actuadores, control, potencia) y mecánicos. La realización de este proyecto es importante, ya que permite contextualizar una solución ante los problemas presentes cuando una embarcación se accidenta contra un arrecife u otro objeto, dejando pérdidas materiales hasta límites no deseados como las pérdidas de vidas humanas. Se busca que mediante este proyecto innovador, las lanchas logren detectar un obstáculo cercano, el cual es censado y el controlador mande una señal a los actuadores y de esta manera se prevenga la colisión de la embarcación.

3. CAPITULO I MATERIALES PRINCIPALES PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LANCHA.

3.1. MATERIALES PRINCIPALES PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LANCHA. Los materiales necesarios para llevar a cabo este proyecto de tecnología son las siguientes. Sistema Electrónico: El sensor de proximidad es indispensable para cumplir con el objetivo, puesto que este será adecuado para censar los objetos próximos a la embarcación, este debe ser muy resistente, seguro, con un buen rango de sensibilidad y confiable, obsérvese (Figura 1). Figura 1. Sensor de proximidad, (ultrasónico, sonar, infrarrojo). Fuente: SENSORES DE PROXIMIDAD El GPS tendrá la función de monitorear el posicionamiento de la embarcación, también se utilizará para el control cuando se tiene activado el piloto automático para llegar a una posición determinada, obsérvese (Figura 2). Figura 2. Receptor GPS. Fuente: I+D Eléctrica

El controlador programable Arduino, es el elemento adecuado para la programación lógica para hacer la automatización y la comunicación de todos los sistemas, (Eléctricos, Mecánicos). Obsérvese (Figura 3). Figura 3. Circuito de control, (Arduino Uno programable). Fuente: ARDUINO Los motores son los sistemas mecánicos actuadores, los cuales tendrán como función el control de la velocidad de la embarcación, en el caso de Motor DC, y el Servomotor encargado de dar la dirección a la embarcación respectivamente. Obsérvese (Figura 4,5). Figura 4, Figura 5. Actuadores, (Motor DC, Servo Motor). Fuentes: Amazon

Sistema Mecánico: Lancha deportiva, R/C 2 MOTORES ULTRARAPIDA 50Km/h 73Cm En este sistema hay que tener en cuenta que la Lancha a utilizar es de prueba a escala pequeña, a su vez hay que adecuar la lancha para incorporar o instalar los sistemas electrónicos y de esta forma obtener los resultados esperados cumpliendo así los objetivos. Obsérvese (figura 6). Figura 6. Lancha de control remoto adecuado para la implementación del proyecto. Fuente: gsmspain

4. CAPITULO II DISEÑO DEL ENLACE DE LOS MATERIALES PRINCIPALES.

4.1. DISEÑO DEL ENLACE DE LOS MATERIALES PRINCIPALES. SISTEMAS ELECTRÓNICOS: Se aprecia el circuito de control, para aplicar la automatización, teniendo en cuenta los materiales necesarios ya sean sensores, controladores o actuadores. Obsérvese (Figura 7).. Figura 7. SISTEMAS ELECTRICOS. Fuente: Fritzing

En las siguiente ilustraciones se puede apreciar un diseño realizado aproximado de cómo sería una lancha deportiva con los sensores en la proa de la embarcación. Obsérvese (figura 8) Figura 8. Diseño lancha Fuente: Elaboración propia, (Solidworks).

5. CAPITULO III DETALLES DE LAS CONEXIONES Y UNA BREVE EXPLICACIÓN DE CADA COMPONENTE Y SU APLICACIÓN.

5.1. DETALLES DE LAS CONEXIONES Y UNA BREVE EXPLICACIÓN DE CADA COMPONENTE Y SU APLICACIÓN. 1 paso: En el sistemas electrónico del proyecto se tiene una conexión principal entre el elemento sensor receptor (ultrasónico, sonar, infrarrojo), y el sistema de control que será adecuado y programado para cumplir los objetivos. Obsérvese (Figura 9). Figura 9. Conexión sensor y el sistema de control Arduino, ensamble componentes. Fuente: Elaboración propia, (Fritzing).

2 paso: Luego de tener la conexión entre el sensor y el sistema de control, se hace la conexión del actuador (Servomotor), que será el utilizado para darle la dirección a la lancha. Obsérvese (Figura 10). Figura 10. Ensambles componentes, conexión del actuador. Fuente: Elaboración propia, (Fritzing).

3 paso: Después de tener las conexiones de los pasos anteriores se implementara la conexión del motor DC que será la encargada del control de la velocidad de la lancha. Obsérvese (Figura 11). Figura 11. Conexión del motor DC, conexión del actuador. Fuente: Elaboración propia, (Fritzing).

4 paso: Teniendo las conexiones del sistema de control se accederá a la implementación de la conexión del GPS, que será la adecuada para la programación del control del Autopiloto de la lancha y de esta forma también se tendrá más seguridad a la hora de navegar siguiendo la trayectoria programada en el GPS respectivo. Obsérvese (Figura 12). Figura 12. Conexión del GPS, conexión del actuador. Fuente: Elaboración propia, (Fritzing).

6. CAPITULO IV DISEÑO METODOLÓGICO A PEQUEÑA ESCALA.

6.1. DISEÑO METODOLÓGICO A PEQUEÑA ESCALA. En este punto se expondrá el diseño de una lancha automatizada con algunos de los sistemas eléctricos y mecánicos ensamblados, en el cual se apreciara una similitud en cuanto al modelo al que se desea llegar para cumplir los objetivos del proyecto, también se mostraran algunos de los datos o resultados de tal simulación en el programa LABVIEW 2013, usando como sistema electrónico el controlador programable el Arduino uno. Obsérvese (Figura 13). Figura 13. Ensamble de los componentes principales. Fuente: Elaboración propia de ensamble motores.

En las figuras 13 y 14, se puede apreciar el ensamble del motor eléctrico DC, y un servo motor las cuales serán programados para el control de la dirección y el control de la velocidad respectivamente. Obsérvese (Figura 13, 14). Figura 13, Figura 14. Ensamble motor eléctrico y servo motor. Fuente: Elaboración propia, ensamble motores.

se aprecia en la figura 15 que tiene un sensor Infrarrojo GP2Y0A41SK0F, que será utilizado para detectar los obstáculos, objetos, personas, troncos entre otras y de esta forma se tendrá más tranquilidad a la hora de navegar, por la seguridad que brinda este elemento. Obsérvese (Figura 15). Figura 15.Sensor infrarrojo. Fuente: Elaboración propia, ensamble del sensor infrarrojo de proximidad GP2Y0A41SK0F.

Grafica comportamiento del sensor GP2Y0A41SK0F Infrarrojo, como se aprecia en la figura 16. A continuación se observa la tabla con la relación entre los Voltajes de salida del sensor con respecto a la distancia de detección. Tabla 2. Voltajes de salida del sensor con respecto a la distancia de detección. Obsérvese (Figura 16). VOLTAJES DISTANCIAS 2 5 1.3 10 0.7 20 0.45 30 0.3 40 0.2 50 Grafica de la relación respectivamente del Voltaje / Distancia. Figura 16. Voltaje/ Distancia 2.5 DISTANCIAS 2 1.5 1 0.5 0 5 10 20 30 40 50 Fuente: Elaboración propia, Grafica relación Voltaje / Distancia.

Teniendo en posición los elementos necesarios, como los motores y el sensor se procede a la programación de estos elementos, usando como controlador el Arduino Uno que será programado teniendo en cuenta todos los parámetros. Obsérvese (Figura 17). Figura 17. Programación, con controlador Arduino Uno. Fuente: Elaboración propia, programación del controlador.

Se procede a hacer a conexión y programación de los componentes utilizando como simulador el programa LABVIEW con herramientas del Arduino para hacer así más fácil la comunicación usando el LIFABASE del Arduino respectivamente. Obsérvese (Figura 18). Figura 18. Programación componentes. Fuente: Elaboración propia, simulación del programa.

Como pueden apreciar, el panel frontal del Labview, como se aprecia en la figura 19, y se tiene la imagen del sistema de conexiones como se aprecia en la figura20, donde se hace la programación lógica del programa. Obsérvese (Figura 19, 20). Figura 19. Panel frontal del Labview Fuente: Elaboración propia, simulación del programa, pantalla frontal Labview. Figura 20. Sistema de conexión Labview Fuente: Elaboración propia, simulación del programa, sistema de conexiones, Labview.

7. CAPITULO V CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIAS.

7.1. CONCLUSIONES: Con los años se han presentado accidentes marítimos en los cuales se han expuesto problemáticas al momento de navegar, ya que no se identifican los obstáculos que pueden estar cercanos a la embarcación, por lo cual se genera la necesidad de incorporar un sistema automatizado con el que se pretende mejorar la navegabilidad de las embarcaciones, haciendo posible identificar dichos obstáculos. Teniendo conciencia que los problemas como accidentes, colisiones, hundimiento, o estancamientos de dichas lanchas o cualquier tipo de embarcaciones, se dan debido a que las embarcaciones no se encuentran equipados con dicho dispositivo de monitoreo constante, con el que se podrá detectar cada obstáculo que se encuentra obstaculizando dicha embarcación, esta será una mejora y brindara más tranquilidad a los navegantes. La sistematización de las embarcaciones con los sistemas incorporados genera un impacto positivo sobre la navegación de las embarcaciones, ya que con este tipo de métodos se lograra según la programación, la identificación y la toma de decisiones, ya sea estando en piloto automático o manualmente, a causa de que fueron identificados los obstáculos que pueden generar colisión. La automatización es fácil de implementar, ya que los elementos necesarios son habituales y de fácil accesibilidad, por lo cual la ejecución se hace viable y factible. El proceso de la implementación con el Arduino se da porque es accesible para el cual se necesitan pocos recursos y es un excelente dispositivo programable que tiene muy buenas herramientas para la programación, como también se encuentran disponibles los elementos alternos necesarios para el mismo.

BIBLIOGRAFIAS: SENSORES DE PROXIMIDAD; disponible en: http://sensoresdeproximidad.blogspot.com/p/ultrasonico.html [Consultado el 27 de Mayo de 2014] I+D ELECTRONICA; disponible en: http://www.didacticaselectronicas.com/index.php?page=shop.product_detail s&flypage=flypage.tpl&product_id=1438&category_id=42&keyword=gps&op tion=com_virtuemart&itemid=134&vmcchk=1&itemid=134 [Consultado el 27 de Mayo de 2014] ARDUINO; disponible en: http://arduino.cc/en/main/arduinoboarduno [Consultado el 27 de Mayo de 2014] AMAZON; disponible en: http://www.amazon.com/8200rpm-long-electric- Magnetic-Motor/dp/B00B0QOXCO [Consultado el 27 de Mayo de 2014] AUTOMACAOEROBOTICA; disponible en: http://automacaoerobotica.blogspot.com/2012/07/controlandoservomotores-com-arduino.html [Consultado el 27 de Mayo de 2014] GSMSPAIN; disponible en: http://www.gsmspain.com/foros/h371116_compra-venta-otros- Otros_LANCHA-DEPORTIVA-MOTORES-ULTRARAPIDA-50Km- 73Cm.html [Consultado el 27 de Mayo de 2014]