prototipo de robot acuático explorador tesis · pdf filey la motivacio´n...

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PROTOTIPO DE ROBOT ACUÁTICO EXPLORADOR

Tesis ProfesionalTesis ProfesionalTesis ProfesionalTesis Profesional

Que para obtener el Título de:Que para obtener el Título de:Que para obtener el Título de:Que para obtener el Título de: Ingeniero en Ciencias de la ComputaIngeniero en Ciencias de la ComputaIngeniero en Ciencias de la ComputaIngeniero en Ciencias de la Computaciónciónciónción

Presenta:Presenta:Presenta:Presenta: C. Ana Cristina Palacios GarcíaC. Ana Cristina Palacios GarcíaC. Ana Cristina Palacios GarcíaC. Ana Cristina Palacios García

Asesor:Asesor:Asesor:Asesor: Dra. Angélica Muñoz MeléndezDra. Angélica Muñoz MeléndezDra. Angélica Muñoz MeléndezDra. Angélica Muñoz Meléndez

Coasesor:Coasesor:Coasesor:Coasesor: Dr. Manuel Rubín FalfánDr. Manuel Rubín FalfánDr. Manuel Rubín FalfánDr. Manuel Rubín Falfán

Índice general

Dedicatorias XI

Agradecimientos XIII

1. Introducción 1 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Problemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4. Metodoloǵıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4.1. Descripción de técnicas y métodos a utilizar . . . . . . . . 3 1.4.2. Proceso de desarrollo del veh́ıculo autónomo submarino . 5

1.5. Organización de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Historia y estado del arte de veh́ıculos y robots acuáticos 9 2.1. Clasificación de veh́ıculos submarinos modernos . . . . . . . . . . 10 2.2. Historia de la exploración submarina . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4. Recapitulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3. Prototipos de Robots Acuáticos 35 3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2. Prototipo 1: Veh́ıculo acuático básico . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.3. Prototipo 2 : Veh́ıculo sumergible o submarino básico . . . . . . 39

3.3.1. Prototipo 2 v1.0: Veh́ıculo sumergible básico . . . . . . . 40 3.3.2. Prototipo 2 v1.1: Veh́ıculo sumergible básico . . . . . . . 43 3.3.3. Prototipo 2 v1.2: Veh́ıculo sumergible básico . . . . . . . 45 3.3.4. Prototipo 2 v2.0: Veh́ıculo submarino básico . . . . . . . . 48

3.4. Prototipo 3: Veh́ıculo submarino orientado a tareas . . . . . . . . 53 3.5. Recapitulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4. Control 63 4.1. Capacidades de percepción (Cp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.2. Capacidades de acción simple (Ca) . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.3. Comportamientos (Co) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

i

ii ÍNDICE GENERAL

4.3.1. Comportamientos básicos (CoB) . . . . . . . . . . . 66 4.3.2. Comportamientos compuestos (CoC) . . . . . . . . 69

4.4. Recapitulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5. Experimentos y resultados 73 5.1. Condiciones experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.1.1. Ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.1.2. Condiciones externas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.2. Comportamientos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.2.1. Sumergirse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.2.1.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 74 5.2.1.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2.1.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.2.2. Emerger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5.2.3. Evadir obstáculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.2.3.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 78 5.2.3.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.2.3.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2.4. Cambiar de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.2.4.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 82 5.2.4.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.2.4.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.2.5. Grabar color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.2.5.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 84 5.2.5.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.2.5.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.2.6. Muestrear imágenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.2.7. Explorar baĺıstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.2.7.1. Objetivo del experimento . . . . . . . . . . . . . 86 5.2.7.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2.7.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.3. Comportamientos compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.3.1. Dar resultado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.3.1.1. Objetivo del experimento no. 1. Caso en el que el robot detecta la marca estando inmerso . . . . 89

5.3.1.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.3.1.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3.1.4. Objetivo del experimento no. 2. Caso en el que

el robot no encuentra la marca . . . . . . . . . . 91 5.3.1.5. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.3.1.6. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.3.2. Explorar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.2.1. Objetivos del experimento . . . . . . . . . . . . 96

ÍNDICE GENERAL iii

5.3.2.2. Criterios de éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.3.2.3. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5.4. Recapitulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

6. Conclusiones y perspectivas 107 6.1. Recapitulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.2. Aportaciones y conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.2.1. Aportaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

6.3. Perspectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

A. Glosario 113 A.1. Conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 A.2. Principios de flotabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

A.2.1. Principio de Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 A.2.2. Principio de Arqúımedes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

B. Handyboard c© 127

C. Motores a prueba de agua 129

D. CMUcam2+ c© 133

E. Dispositivos diversos 135

Bibliograf́ıa 137

Referencias en ĺınea 139

iv ÍNDICE GENERAL

Índice de figuras

1.1. Emersión de un sumergible autónomo . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2. Inmersión de un sumergible autónomo . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3. Veh́ıculo sumergible basado en un sistema hidrodinámico . . . . 5

2.1. Sumergibles tripulados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2. ROV - Tethered free swimming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3. ROV Argo - Towed mid water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4. ROV Comanche - Towed bottom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5. ROV tipo oruga - Bottom crawling . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6. Componentes Generales de un Veh́ıculo Autónomo Submarino . . 15 2.7. Veh́ıculos h́ıbridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.8. Veh́ıculo que transporta o auxilia buzos . . . . . . . . . . . . . . 16 2.9. Esquema de la Tortuga de David Bushnell 1776 . . . . . . . . . . 18 2.10. El submarino Nautilus 1800 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.11. Submarino Le Plongeur 1863 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.12. Submarino Resurgeam 1879 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.13. Submarino Argonaut Junior 1894 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.14. Submarino Argonaut I 1897 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.15. Submarino Holland 1 1895 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.16. Bathysphere 1930s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.17. Bathyscaphe Trieste 1953 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.18. USS Nautilus 1955 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.19. Sumergible Alvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.20. HUGIN I UUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.21. HUGIN II UUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.22. Veh́ıculo Operado Remotamente Kaiko . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.23. Sumergible Operado Remotamente AC ROV . . . . . . . . . . . 31 2.24. Veh́ıculo sumergible Oberon . . . . . . . . .