r-bjp explorer 1

UNIVERSIDAD DE SONSONATE

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS NATURALES

TEMA: ROBOT EXPLORADOR CONTROLADO

(R-BJP EXPLORER)

CATEDRA:

SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO

CATEDRÁTICO:

Msc. MANUEL NAPOLEÓN CARDONA GUTIÉRREZ

INTEGRANTES:

JOAQUIN ALBERTO CISNEROS

JOSE RAFAEL GUERRA

CESAR SAUL LOPEZ

MELWIL JEOVANY VELASQUEZ

NOVIEMBRE 2009

SONSONATE

Robot Explorador Controlado Universidad de Sonsonate

INDICE

Pág.

CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. El Problema de Investigación………………………………………….…...…….4

1.2. Antecedentes………………………………………………………………...…….5

1.3. Situación Actual……………………………………………………………..……..5

1.4. Preguntas de Investigación……………………………………………..…..….7

CAPITULO II. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.

2.1. Revisión de Literatura………………………………………………………..……9

2.2. Hipótesis……………………………………………………………………....……13

CAPÍTULO III. JUSTIFICACION Y OBJETIVOS

3.1. Justificación………………………………………………………………..….……14

3.2. Objetivos………………………..………………………………………..….…......15

CAPITULO IV. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.

4.1. Tipo de Investigación………………………………………………………..……16

4.2. Diseño del robot explorador Controlado…… …………………………….……16

4.2.1 Sistema Eléctrico………………………………………………………………...17

4.2.2. Diseño para construir el sistema Mecánico……………………….…………18

4.2.3. Sistema de Cámara Inalámbrica…………………………………..…..……...19

CAPÍTULO V.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones………………….…………………………………………………..21

5.2. Recomendaciones………………………………………………………………..22

CITAS BIBLIOGRÁICAS.

Sistema de Control Automático

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ANEXOS.

RESUMEN

El proyecto consiste en realizar el diseño y construcción de un vehículo

explorador, con un sistema de adquisición de video-fotografía abordo, el cual

servirá para control mecánico y visual del Robot Explorador Controlado (R-BJP

EXPLORER); donde el usuario observe en tiempo real lo que sucede cerca del

vehículo explorador. La importancia radica en el control visual mediante conexión

Blue-Tooth para establecer la comunicación entre la computadora y el dispositivo

visual (celular); que a su vez sea capaz de realizar tareas de exploración en

lugares donde implique cierto riesgo para el ser humano. Para esto se optó por

realizar una estructura tipo carro con tracción e incorporando un dispositivo visual

(celular con cámara y Blue-tooth), el cual tiene la capacidad de giro de 360

grados.

Los objetivos a cumplir para la etapa y finalización del proyecto son la

manipulación visual del Robot (R-BJP EXPLORER) y la implementación para el

reconocimiento y exploración de lugares inaccesibles por el hombre para realizar

tareas de exploración.

La conexión Blue-Tooth permite conectarse e intercambiar de información de

forma inalámbrica. Blue-Tooth es la especificación “factor de alcance corto” y

permite la comunicación inalámbrica entre computadoras portátiles, celulares,

impresoras, cámaras y otros aparatos electrónicos portátiles a través de una

frecuencia de radio de alance corto.


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INTRODUCCIÓN

Los sistemas de control automático son una rama de la tecnología, que estudia el

diseño y construcción de dispositivos, y máquinas capaces de desempeñar tareas

realizadas por el ser humano.

En la actualidad los sistemas de control ayudan en las tareas en las que el ser

humano se expone a peligrosas tareas; esto hace posible que los robots lleguen a

lugares inaccesibles por el hombre o simplemente hacer tareas en donde se

tenga cierto grado de peligrosidad debido a ácidos y otras sustancias tóxicas.

Utilizando estos conceptos se pretende resolver el problema de inaccesibilidad del

hombre en ciertos lugares. Para esto se desarrollará un robot controlado

visualmente con la capacidad de desplazarse en zonas de riesgo para el ser

humano.

El presente informe contiene el proceso de diseño del control-visual desarrollado

para la realización del proyecto titulado Robot Explorador Controlado (R-BJP

EXPLORER).

En primer lugar daremos a conocer los detalles sobre el control del dispositivo

visual (celular). Además, el diseño final de la estructura del robot tomando las

consideraciones necesarias para su adecuado funcionamiento. Seguidamente

mostraremos fases de armado del robot y fotografías la estructura final, y los

resultados obtenidos en esta etapa del proyecto.


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I.PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION

DETALLE DEL PROBLEMA

El proyecto nace frente a la problemática de que el hombre no puede tener

acceso a ciertos lugares; debido, ya sea a que es imposible o porque implicaría

un riesgo para su integridad física y hasta la vida misma.

De ahí que hay lugares que deben ser examinados constantemente y representan

un riesgo al ser humano, por ello se pretende que R-BJP EXPLORER sustituya y

realice la tarea de exploración, así como también la toma de fotografías y videos;

además de poder visualizar en tiempo real lo que sucede en el área explorada.

Debido a esto se presentan las siguientes implicaciones:

1. Económica: en cuanto a material a utilizar que incluye el dispositivo visual

(cámara del celular), herraje metálico, engranes, motores de corriente

continua, baterías tipo AA como fuente de energía, y control inalámbrico de

frecuencia modulada (FM).

2. La técnica de diseño: la técnica utilizada para este sistema de control forma

parte de los conceptos teóricos de los sistemas de control automático.

3. Limitantes: como limitante se propuso el alcance del Blue Tooth, debido a

que el área a explorar se considero pequeña según la aplicación.Sistema de Control Automático

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PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE POSIBLES SOLUCIONES

Para poder solucionar el problema planteado se llego a la conclusión que la mejor

opción sería elaborar un prototipo de robot, que sea capaz de desplazarse con

facilidad por lugares inaccesibles para el hombre, y permitir realizar tareas de

exploración.

Construir el Prototipo Robot Explorador Controlado (R-BJP EXPLORER) tipo

carro, para que pueda desplazarse con facilidad por lugares inaccesibles para el

ser humano o como se dijo antes que representen riesgo alguno al ser humano.

También se planteo la incorporación de una cámara (celular) sobre el R-BJT

EXPLORER; para lograr el control visual y la observación en tiempo real, y como

adición la captura de fotografías y video.

ANTECEDENTES

Un ejemplo en la industria en caso de algún desastre o incidente ocurra. En

donde un ser humano no puede ingresar debido a gases tóxicos, pero es

necesaria la inspección del lugar, por lo tanto es aplicable un Robot Explorador

Controlado; también se pueden aplicar otros tipos de sensores según sea la

necesidad.

O también para la ubicación de victimas en cualquier desastre pues el tiempo en

esas situaciones es preciado y no se admite su perdida.

SITUACION ACTUAL

Además a nivel mundial la tecnología manejada en vehículos de exploración

cuentan con detectores de voces y otros sonidos que puedan indicar presencia

humana entre las ruinas. Algunos integran en su sistema electrónico, cámaras

térmicas capaces de apreciar el calor de los cuerpos aún con vida; otros equipan


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lentes que logran visualizar los colores (de la ropa, por ejemplo), que se ocultan

debajo de la capa gris de polvo que cubre todo el escenario de una tragedia.

Además de revelar la presencia de vida, todos ellos permiten obtener imágenes

sobre los detalles estructurales de los edificios.

Como ejemplo de estos vehículos de exploración se encuentra “Moira 2” que es

un robot serpiente, al cual le han colocado una pequeña cámara fotográfica en

una de las extremidades y una serie de censores unidos a su cuerpo. Con ello,

sus inventores desean que sea capaz de penetrar en los lugares más difíciles y

funcione como unos ojos dentro de los lugares inaccesibles para los equipos de

rescate.

Otro ejemplo es el “Leg-in-Rotor V” que tiene ruedas que le permiten rodar sobre

superficies planas. Además, este robot tiene una cámara incorporada para ver el

desastre y un parlante que le permite al equipo de rescate detectar y escuchar e

identificar víctimas.

Actualmente, El Salvador cuenta con poca tecnología en cuestión de rescates en

siniestros o desastres naturales, lo cual hace que a grupos de rescate como el

cuerpo de bomberos, defensa civil y otros, se les dificulte realizar sus labores.


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Por tal razón, nació la idea de diseñar un vehículo de exploración (prototipo), que

facilitará a grupos especializados de rescate, la búsqueda de personas atrapadas

en una tragedia, como puede ser un desastre natural, acciones terroristas, etc.

El diseño del vehículo de exploración, tiene incorporada una cámara de video,

que enviara imágenes a una computadora, para presenciar en tiempo real, que

está sucediendo en el sitio del desastre, además el vehículo que se propone no

solamente puede ser aplicada para siniestros, sino también, para exploración de

alcantarillados, ya que ayudaría en la instalación de redes, ya sean eléctricas o de

telecomunicaciones.


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PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

1. ¿De qué manera se puede proteger las vidas humanas en

exploraciones riesgosas?

2. ¿Cuál es la importancia de crear un robot de exploración?

3. ¿Cuál es el diseño de prototipo más idóneo de robot que se debe crear

para resolver tareas de exploración?

4. ¿Qué componentes están involucrados en el control visual del robot

explorador?

5. ¿En qué áreas se puede aplicar la operación del robot explorador?

6. ¿Cuáles son los beneficios a obtenidos con esta investigación?


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7. ¿Cuáles son las partes mecánicas más importantes de las cuales

consta el robot explorador?


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II. FUNDAMENTACION TEORICA

REVISION LITERARIA

EL VEHÍCULO ELÉCTRICO

El vehículo usado funciona con energía eléctrica, en nuestro caso son seis

baterías 1.5 volts recargables, y su ventaja es de importancia por causas

económicas y ambientales. Estas alimentan tres motores de corriente directa

(DC), uno para el control de giro de 360° del celular y dos para el traslado del

vehículo. También ocho baterías para el control independiente de frecuencia

modulada.

LA FUENTE DE PODER Ó ENERGÍA

La fuente de poder más común en los Vehículos Eléctricos son las baterías las

cuales deben tener las siguientes características:

• Bajo costo.

• Mantenimiento simple.

• Sin riesgo de causar contaminación ambiental cuando sean desechadas.

• Habilidad para proporcionar una correcta estimación de la energía remanente.

ROBÓTICA

La disciplina que se encarga del estudio y desarrollo de los robots es la robótica,

una síntesis de la automática y la informática. Para ello, la robótica se sirve de

disciplinas como la mecánica, la microelectrónica y la informática, además de

incorporar a los ingenios técnicos como el reconocimiento y análisis de imágenes.

El creciente desarrollo de los robots y su constante perfeccionamiento ha hecho

que cada día se apliquen en mayor medida a los procesos industriales en

sustitución de la mano de obra humana. Dicho proceso, que se inició hacia 1970,

recibe el nombre de robotización y ha dado lugar a la construcción de plantas de

montaje parcial o completamente robotizadas.


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ROBOTS CONTROLADOS POR VISIÓN

Robots controlados por visión: donde los robots pueden conducirse por un lugar

determinado y adquirir información desde un sistema de visión. Estos tienen un

control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y toman decisiones basados

en datos obtenidos por el elemento de visión. Estos son dispositivos de manejo

manual, controlados por una persona para que el robot se conducido para realizar

una tarea específica.

APLICACIONES

1. Manufactura y manejo de materiales.

2. Ambientes hostiles (peligro).

3. Exploración espacial.

4. Operaciones de rescate.

Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las tareas a

realizar, se tienen diferentes tipos de programas:

Algunas tareas de un robot móvil:

• Reconocer lugares y/o objetos.

• Manipular objetos.

• Comunicarse con otros agentes: computadoras, personas, etc.

En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros

agentes, como en este caso con una computadora para registrar y almacenar las

imágenes.


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LOCOMOCIÓN DEL PROTOTIPO

La locomoción: es la capacidad de los robots para desplazarse de un punto a otro.

En caso de nuestro prototipo el desplazamiento se realiza en línea recta con

capacidad de giro. La locomoción es especialmente importante en la exploración

de terrenos desconocidos.

EL ENTORNO

Es el entorno por donde el robot se desplaza. El entorno se clasifica en cuatro

tipos básicos: acuático, terrestre, aéreo y espacial. Este define los mecanismos

que permitirán al robot movilizarse de acuerdo al tipo de área. A su vez se dividen

en ambientes extremos y normales.

ENTORNO TERRESTRE

Los robots creados para este entorno son de fácil construcción y se basan en

conceptos de mecánica muchas veces ya probados. En el desarrollo de sistemas

de locomoción para este entorno ha dado origen a muchas alternativas de

desplazamiento que van desde lo convencional a modelos de imitación del mundo

animal, nuestro prototipo se desplaza gracias a engranajes, logrando una

transmisión para las dos ruedas laterales para cada motor.

Dos pares de ruedas con tracción independiente, cada rueda es controlada por un

motor individual que se controla por separado, esto le permite realizar giros sobre

sí mismo con solo frenar el giro de un par de las ruedas con respecto a la otro.


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EL MEDIO DE TRABAJO DEL PROTOTIPO

El ambiente en donde el robot debe operar es realmente hostil, no apto para la

vida humana y muy exigente con respecto a las características constructivas del

robot. También puede ser operado en un entorno natural en donde un ser humano

realiza su actividad, no es perjudicial para su salud, y las condiciones del entorno

pueden variar sin previo aviso.

CANAL COMUNICACIÓN

En el momento de seleccionar el canal por el cual viajara la información, se desea

un canal con la menor cantidad de inconvenientes posibles en el momento de

realizar la transmisión, en nuestro diseño el dispositivo o canal de comunicación

seria una cámara controlada mediante Bluetooth (un canal de comunicación visual

inalámbrico), que va a controlar de una forma remota y con lo cual será posible

movilizara por diferentes sitios y a su vez es necesario que le operador se pueda

ubicar a una distancia que le brinde seguridad sin perder el control sobre el

vehículo.


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CANAL DE COMUNICACIÓN ALAMBRICO vrs INALAMBRICO

DESVENTAJAS ALAMBRICO vrs INALAMBRICO

1. Cables que pueden obstruir el vehículo.

2. Poca maniobrabilidad para el vehículo.

3. Necesita de repetidores para una mayor distancia de comunicación.

4. Mayor cantidad de elementos a transportar (cables).

VENTAJAS INAMLAMBRICO vrs ALAMBRICO

1. Gran maniobrabilidad del vehículo.

2. Ofrece una distancia suficiente para la seguridad del operario.

3. Al no existir cables, se facilita su transporte.

HIPOTESIS

El robot explorador controlado es capaz de sustituir al ser humano en áreas

donde este no puede ingresar, ya sea por su inaccesibilidad o porque

presenta un riesgo para su integridad física.

El robot explorador controlado es lo suficientemente capaz de ingresar a un

área, sin importar su naturaleza.

El robot explorador será capaz de entablar comunicación en tiempo real

con la computadora inalámbricamente, a la vez que capturara fotografías y

videos, todo esto controlado desde la computadora.


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III. JUSTIFICACION Y OBJETIVOS DEL PROYECTO

JUSTIFICACION

La ejecución del presente trabajo de investigación se justifica por su:

1. Practica: dado que los resultados de investigación serán aplicados en

beneficio propio como estudiantes, así mismo servirá de ayuda practica a

los estudiantes de Sistemas de Control Automático de la Universidad.

2. Utilidad: porque pretende resolver el problema de inaccesibilidad del

hombre en ciertos lugares y su sustitución en lugares de riesgo. Para esto

se desarrollará un robot controlado con la capacidad de desplazarse y

tomar fotografías y videos del área explorada.


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OBJETIVO DE LA INVESTIGACION

GENERAL

Construcción de un Robot Explorador Controlado: R-BJT EXPLORER, y su

control visual por medio de un celular, y que a su vez sea capaz de

observar en tiempo real y capturar videos y fotografías en aéreas hostiles.

ESPECÍFICO

Diseñar y Construir un Robot Explorador Controlado por un operador

desde un lugar remoto, por medio de una computadora y control

independiente de frecuencia modulada, aplicando dispositivos y programas

que nosotros tenemos a nuestro alcance.


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IV METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

TIPO DE INVESTIGACION

Se opto por método de investigación empírico, pues luego del diseño se procedió

a la construcción directa del prototipo, como se sigue en la siguiente información.

DISEÑO DEL ROBOT EXPLORADOR CONTROLADO

(R-BJP EXPLORER)

FASES DEL DISEÑO

Generalmente comenzamos con la identificación de una necesidad de movilidad

del robot y el proceso finaliza con la presentación del diseño para satisfacer tal

necesidad de movilidad, para eso se decidió un robot tipo carro como el mostrado

a continuación.


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ELECCIÓN DEL MATERIAL EN EL DISEÑO

Una de las alternativas más factibles es el uso de partes prefabricadas de

aluminio y plásticos, debido a que el propósito general de este proyecto no es la

construcción mecánica si el control visual del prototipo de robot; por eso solo se

armó los componentes mecánicos del vehículo y sobre todo, en la construcción

mecánica para movilizarlo.

SISTEMA ELECTRICO

Para la tracción, los motores se activan por medio de un control que envía una

señal, que permita girar los motores de corriente continua hacia delante o hacia

atrás, es decir en sentido horario o sentido anti-horario, por medio de un radio

control de frecuencia modulada, de fácil operación y configuración.

Los radio controles manejan cierta cantidad de canales, estos determinan la

cantidad de controles que lleva el vehículo, que dicho radio control puede

manejar. Por ejemplo en nuestro dispositivo se utilizan 3 canales del radio control;

dos canales se utilizan para controlar el movimiento de cada par de ruedas y con


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el otro canal el direccionamiento del dispositivo visual (cámara); porque así se

podría sintonizar y obtener una mejor comunicación con el vehículo explorador.

MOTORES

Los motores de tracción, como su nombre lo indica, son aquellos motores que se

seleccionan para proporcionar la suficiente energía mecánica capaz de dar

movimiento al vehículo.

Para esta función se han seleccionado 2 motores con características idénticas,

tanto por estética y diseño del vehículo, además cada motor está destinado para

desarrollar la misma tarea que el otro (cada motor se encarga de mover cada

línea de engranajes, izquierda o derecha).

DISEÑO PARA CONSTRUIR EL SISTEMA MECANICO

En el procedimiento para el diseño, el tamaño y peso del vehículo

explorador, después de realizar las consideraciones anteriores, se

efectúo la fase de la construcción del diseño, y con lo cual, se da

comienzo al diseño del chasis del vehículo, el cual dará soporte tanto a

los motor, como a otros componentes necesarios del diseño; ya que se

contaba con la necesidad de un diseño liviano, pero resistente.


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El chasis presenta en forma de rectangular, con el fin de dar soporte a

todos los componentes del vehículo, como motores, cámara, etc.

Para mantener los motores en posición correcta, con el fin de evitar

desajustes entre rueda y motor, se opto por realizar una sujeción firme

por medio de pernos cuales tendrán un ajuste fuerte con el chasis. Este

diseño es robot explorador móvil, con un sistema de tracción simple por

cada par de ruedas, para una mayor fuerza de su movimiento por el

terreno y se ubicaran en la parte central del vehículo, para que sea

acorde al diseño.

RUEDAS Y DIRECCIÓN

En el diseño de rodamiento del vehículo explorador, las ruedas serán de

un diámetro superior en la parte trasera del chasis del vehículo. El

sistema de direccionamiento del vehículo se ejercerá a partir del sentido

de giro de cada motor, debido a que cada motor ejercerá el movimiento

en cada par de ruedas

SISTEMA DE LA CAMARA INALAMBRICA

Para obtener imágenes del vehículo explorador, se opto por una cámara

inalámbrica (cámara de celular), que tuviera un gran alcance, una Sistema de Control Automático

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buena resolución de video, una comunicación en tiempo real,

económico, fácil de usar y además que se acomode perfectamente a las

dimensiones del vehículo.

La cámara inalámbrica seleccionada en nuestro caso es un celular con

cámara incorporado. Este tipo de cámara (cámara celular) es una

solución práctica, ya además cuenta con conexión inalámbrica

Bluetooth debido a sus características de trasmisión de señal.

MOBIOLA WEBCAM.

Una innovadora herramienta con la que podrás convertir tú móvil en una webcam

inalámbrica. El programa funciona mediante una comunicación cliente-servidor vía

Bluetooth, permitiendo al sistema operativo a detectar la cámara del teléfono

como si se tratase de una webcam conectada físicamente.

La instalación no conlleva ninguna dificultad importante. Basta con instalar ambos

módulos, el servidor en Windows y el cliente en el teléfono, seleccionar un puerto

para la conexión Bluetooth e iniciar la conexión para comenzar a recibir en tu PC

las imágenes capturadas por tu teléfono.

Ya que se comporta realmente como una webcam y Windows la detecta como tal,

se puede utilizar un móvil para realizar videoconferencias a través de un

programa de mensajería instantánea favorito.

En definitiva, Mobiola WebCam es una interesante solución para convertir un

móvil en una webcam sin cables.


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Dado que los teléfonos móviles multimedia que hay hoy en día soportan

reproducir vídeos a gran resolución, entonces ya nada impide convertir todos los

vídeos del ordenador a un móvil. Para ello solo necesitas un programa como

Mobiola Video Studio.

Desde Mobiola Video Studio se puede convertir los vídeos de YouTube, DVD,

Metacafe, Google Video, WMV, AVI, etcétera. Soporta trabajar con los siguientes

formatos: 3GP, MOV, AVI, MPEG, MP4, MKV, FLV, WVE, UV2, 3G2, ASF,

etcétera.

Por defecto, Mobiola Video Studio viene configurado para los siguientes tipos de

dispositivos: BlackBerry, Windows Mobile, Symbian, Java phones, Palm OS, Sony

PSP, Android, iPhone, iPod, etcétera.

CONCLUSIONES

Se realizo un estudio de carácter práctico para dar a conocer la importancia

que tienen los robots exploradores, para evitar poner en riesgos las vidas

humas en tareas muy complicadas donde estos prototipos son de gran

utilidad.

En lo referido a la armazón de la estructura del robot se estudio y evaluó

las mejores opciones para tener una mayor eficiencia en la operación del

movimiento del robot explorador y el dispositivo visual que es muy

importante en las operaciones de investigación para la toma de fotografías,


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videos y lo más importante observar en tiempo real lo que sucede en el

área explorada desde un lugar remoto.

RECOMENDACIONES

Investigar más a fondo la realización de este tipo de robot explorador,

pues con programas sencillos y dispositivos a nuestro alcance se ha

llegado a armar un prototipo.

Implementar estos tipos de dispositivos robot exploradores en nuestro

país seria de mucha importancia e innovación, pues ya que se evitaría

poner en riesgos las vidas de los seres humanos.


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BIBLIOGRAFIA

DISEÑO VEHICULO EXPLORADOR

OSCAR IVAN MORALES SOLANO

ASDRUBAL TOLEDO DUEÑAS

Trabajo de grado para optar al título de ingeniero de diseño y automatización electrónica


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ANEXOS


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