TrabCol_Grupo212020_13

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Curso: Proyecto de ingeniería I I

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PROYECTO DE INGENIERIA I FASE 4. PL ANTEAMIENTO DEL PROYECTO

PARTICIPANTES: LAURA STEPHANIA STEPHANIA REYES REYES ALDANA CODIGO: 1144189405 GERMAN DARIO GOMEZ GUEVARA CODIGO: 76043051 DANIEL FARÌAS FERNANDEZ CODIGO: 1130682733 GENI MARICEL MARICEL A MARTINE MA RTINEZ Z CODIGO: 1061087421 JESSICA DANIELA LOPEZ CODIGO: 1140848044

TUTOR: EZEQUIEL EZEQUIEL APARICIO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD JULIO 2018

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ESTRATEGIA PARA LA MINIMIZACIÓN EL RIESGO Y EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS SUSTANCIAS RADIOACTIVAS. 1. Introducción

En este trabajo se definirá el problema que se quiere resolver a través del proyecto de ingeniería el cual nos formula la problemática en cuanto al transporte de un material altamente radiactivo de una zona aislada a otra. Éste transporte tiene un alto riesgo, pues a pesar de que la sustancia está encapsulada existe el probabilidad de que en el transporte se libere radiación y por ende no puede a ver un contacto humano al trasportar la sustancia. Este trabajo presentara objetivos en el cual nos designaremos metas a alcanzar para resolver el problema, se presentara una justificación de las razones por las que el problema debe ser resuelto, comprenderá un marco teórico de lo que se debe saber para resolver el problema, junto con sus respectivas metodologías en donde se formularan técnicas y procedimientos para resolver el problema, incluyendo el diseño básico del prototipo, en otras palabras los planos y el programa en pseudo-código. También presentara un presupuesto de costo en cuanto a los recursos (humanos y materiales) que se necesitan para resolver el problema, un cronograma en donde se especificaran las actividades en función del tiempo de ejecución y sus respectivas referencias, junto con anexos como elementos adicionales adicionales que se han excluido del texto.


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2. Plantea Planteamiento miento y formul ación del del problema 2.1 2.1 Planteamiento del pr oblema obl ema “En una planta nuclear se requiere transportar un material altamente radiactivo de

una zona aislada a otra. A pesar de que la sustancia está encapsulada existe el riesgo de que en el transporte se libere radiación, de manera que ningún ser humano puede entrar en contacto con ella en la zona de transporte, por lo que en la planta se ha demarcado la trayectoria que debe seguir la capsula con una línea negra sobre un fondo blanco, como se ilustra en la figura 1. La sustancia y su contenedor sólo pesan 60 gramos. El problema se debe resolver utilizando utiliz ando el robot LEGO MINDSTORM EV3”.

2.2 Formulación del problema:

¿Cómo utilizar el robot LEGO MINDSTORM EV3 para transportar dentro de una planta nuclear una carga de 60 g de un material altamente radiactivo, siguiendo una trayectoria ovalada marcada en el piso? 2.3 2.3 Sist Sistematiza ematizació ción n del p rob lema

1. ¿Cómo diseñar y construir un prototipo del robot LEGO MINDSTORM EV3 (Hardware) que permita transportar una carga de 60 g siguiendo una trayectoria marcada en el piso?


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2. ¿Cómo programar el robot LEGO EV3 (Software) para que siga una trayectoria marcada en el piso? 3. ¿Cómo hacer la integración del hardware y del software para que el prototipo de robot LEGO MINDSTORM EV3 transporte de manera segura la carga de 60 g a través del laberinto en el menor tiempo posible? 2.4 2.4 Mejor Mejor soluci ón p ropuesta

Diseñar, construir y programar un prototipo del robot LEGO MINDSTORM EV3 (Hardware) que permita transportar de manera segura, y en el menor tiempo posible, la carga radiactiva de 60 g dentro de la planta nuclear, siguiendo la trayectoria marcada en el piso. 2.5 2.5 Diseño Diseño conceptual de la s olución propuesta

El programa debe hacer que: 1. El robot tome la carga en el punto de salida. 2. El robot siga la trayectoria demarcada hasta el punto de entrega. 3. El robot entregue la carga. 4. El robot retorne al punto de salida.


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3. Objetivo general y objetivos obj etivos específic específic os: 3.1 3.1 Objetiv o general:

Transportar de manera oportuna una sustancia encapsulada, con riesgo de riego, utilizando un robot LEGO MINDSTORM EV3 para transportarla sin requerir del contacto humano para llevarlo a cabo. 3.2 Objetivos específicos: •

Diseñar metas a alcanzar y buscar información necesaria para la resolución del problema.

•

Aplicar las las técnicas y procedimientos procedimientos neces necesarios arios para para resolver resolver el problema, incluye el diseño básico del prototipo (planos) y el programa en pseudo-código investigado.

•

Realizar un presupuesto de costos que nos muestre la inversión del proyecto y que tan viable es.

•

Realizar un cronograma para ejecutar cada actividad activida d en función del tiempo de ejecución del proyecto.


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4. Justificación:

El problema debe ser resuelto para que la planta nuclear pueda continuar con su labor en el buen manejo de sustancias o elementos radioactivos desarrollando tecnologías que disminuyan el riesgo de contaminación hacia los recursos humanos que laboran en la empresa.


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5. Marco Marco Teórico:

El incremento del riesgo de sufrir todo tipo de cánceres y el debilitamiento del sistema inmunológico son las principales consecuencias para los humanos que entren en contacto con material radiactivo como el que puede fugarse de la sustancia a transportar. No sólo produce graves efectos en el medioambiente y en la salud, además el material radiactivo no se detecta sin el instrumental adecuado, ya que no se ve ni posee olor. Las radiaciones afectan también al sistema reproductivo. Sobre todo a las mujeres. [1] Por este motivo como medida de seguridad se utilizara la implementa implementación ción del set de robótica LEGO® MINDSTORMS® EV3 como medio de transporte de la sustancia sustanc ia radiactiva al programar órdenes al robot que tomara un dirección basado en un camino trazado, esto como proyecto piloto a la implementación de una cantidad específica de robots LEGO a utilizar de acuerdo a la necesidad de la planta nuclear en el transporte de sustancias radioactivas de niveles bajo, medio y alto, sin necesidad de mano de obra humana para dicha actividad. Este proyecto necesitara de las características del prototipo robótico compuesto de un sensor de color, el cual al programar la intensidad del sensor de luz, leerá la línea trazada tomando la ruta de dicha línea al lugar destino. En este Modo de intensidad de la luz reflejada, el Sensor de color mide la intensidad de la luz que se refleja desde una lámpara emisora de luz color rojo. El sensor utiliza una escala de 0 (muy oscuro) a 100 (muy luminoso). Esto significa que su robot puede estar programado para moverse sobre una superficie blanca hasta detectar una línea negra o para interpretar una tarjeta de identificación con código de color. [2] En la página que se anexa al final de este párrafo se nos muestra las especificaciones especificaciones de funcionamiento, funcionamiento, programación y construcción de los diferentes prototipos con sus diferentes diferentes habilidades habilidades para realizar actividades específicas, a fin de aplicarlo a nuestra propia conveniencia.


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6. Metodología:

Para el desarrollo del proyecto se empleará la metodología CDIO, cuya sigla identifica las funciones propias del ejercicio de la ingeniería, como son: concebir, diseñar, implementar y operar nuevos productos, procesos y sistemas de valor agregado en la ingeniería que impacten a sobre la sociedad, en un entorno moderno y de trabajo en equipo. Concebir. El problema principal identificado es el traslado de la carga radiactiva

de un lugar aislado a otro, se debe evitar que esta carga sufra algún derramamiento o contacto con el personal cercano a este elemento, al igual que su contenedor sufra algún daño por lo que conviene analizar el trayecto para escoger el mecanismo ideal del traslado que asegure la integridad de la carga y del personal que estará al tanto de este traslado, el segundo es la necesidad de ejecutar el traslado usando la tecnología LEGO que logre adaptarse a la solución del problema principal, el cual debe ser programado correctamente para anular cualquier riesgo a la integridad física del personal. Diseñar. Dimensionando el trayecto que debe recorrer el prototipo LEGO

seleccionado se estiman dos programaciones con el software LEGO MINDSTORMS: la primera consiste en identificar los giros que deben realizarse así como las trayectorias trayecto rias en línea recta que permita que el prototipo llegue al punto final con éxito; la segunda opción es delimitar el recorrido mediante una franja de color negro que indique el recorrido que el prototipo LEGO debe realizar hasta el punto final y de llegada. Se realizaran pruebas que determinen la confiabilidad del traslado estimando el margen de error permitido Implementar. Transformación del diseño en un producto, proceso o sistema, lo

cual puede implicar fabricación de hardware, codificación de software, pruebas y validación.


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vez armado el prototipo prototipo LEGO LEGO MINDSTORMS EV3 y luego luego de Operar. Una vez inspeccionar por segunda vez la programación se inicia el traslado, llegando este a su punto final con éxito, se procede a descontaminar descontami nar el equipo (prototipo lego) y se realizan las revisiones y mantenimientos requeridos para la operatividad del equipo, así también inspecciones pre operacionales para detectar y evitarlas fallas posibles. 6.1. 6.1. Característic Característic as del plano de ensambl e:

Prototipo de robot básico de LEGO EV3:

Conexión del sensor de color:


Conexión

del

Conexion de brazo de agarre:

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sensor

de

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giro:


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Como prueba se tomara el siguiente bloque como contenedor de la carga radioactiva:

Por lo tanto, el robot que se utilizara para el transporte y solución del problema es el siguiente (Figura 1):


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Figura 1 6.2. 6.2. Característi Característi cas del prog rama: 6.2. 6.2.1. 1. Reglas de compor com por tamiento:

Avanzar a través de una línea de color negro donde según la intensidad de luz reflejada que detecte el sensor de color le permita seguir la trayectoria trayec toria establecida, estableci da, hasta el punto de entrega y así mismo llegar hasta el punto de partida. 6.2.2. Pseudo-código:

VAR: Sensor de color, Sensor de brazo, carga visualizada, Tomar carga, Sensor infrarrojo, detecta línea, Velocidad, Dirección. Sí- Sensor color- encender robot Mover robot Velocidad-75 Dirección- hacia adelante Avanzar Sí- Carga detectada- Potencia 5- grados 130° Velocidad-40 Tomar objeto-mover objeto Mover-derecha Mover-izquierda Sí-Sensor de color-reflejo Luz reflejada Potencia 0.8 Direcciónhacia adelante Avanzar Sí-Sensor de color- Color azul- Girar- AvanzarA vanzar- Descargar-Potencia Descargar-Potencia 5- Grados 130° Gira a la derecha Avanza Mover-derecha Mover-izquierda Descargar


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Girar Avanzar Detectar línea Avanzar Apagar La trayectoria delimitada es como se muestra en la figura 2.

Figura 2. 6.2. 6.2.3. 3. Expli cación del pro grama:

El proyecto se implementa siguiendo la configuración de parámetros mostrados a continuación: 1. Para la toma de la carga se ingresa un comando de configuración del motor mediano el cual es el que ejecuta el movimiento del brazo, donde se programa por grados, donde en potencia de -5 bajará el brazo a 130° y luego subirá el brazo a una potencia 5 a 130°. Como se muestra a continuación:

2. Para el seguimiento de la línea negra que indica la trayectoria se anexa anexa un comando Bucle donde se anexa la programación del sensor de color y es programado para medir la luz reflejada que se encuentre en el camino, esto


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se realiza con un comando de matemáticas donde el valor de A es la intensidad de luz reflejada reflej ada que el sensor detecta por fuera de la línea negra, en este caso 47, el valor de B es igual a la sensor de color detecte, el valor de C es la potencia a la cual estará el motor, por motivo de seguridad esta será a 0.8, como el comando es un bloque matemático se configura configura con la ecuación (a-b)*c , para que el sensor reste 47 con la luz reflejada que detecte el sensor, multiplicado por la potencia, es decir se crea la condición de que si la luz que refleja el sensor es la misma de 47 el robot no se movería. El resultado que se obtenga de esta condición debe de ser graduado en caja de variable, en este caso llamado B-Power, y será la potencia de la rueda B. Luego para configuración del motor C se agrega otro comando matemático donde a será el mismo valor que detecte la luz reflejada del sensor, la variable B es el valor que refleja la línea negra que debe seguir, en este caso 4, y la potencia del motor es igual a la anterior 0,8, y por último se agrega la misma ecuación anterior (a-b)+c , y se guarda esta operación como C-power es decir el resultado es la potencia de la rueda C. Entonces para indicar que se mueva el robot se anexa al Bucle dos cajas de variables la cuales son el resultado de B-Power y C-Power, y que finalmente se mueva se agrega un comando de movimiento tanque el cual será el resultado que se obtenga de la potencia de cada rueda.


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3. Para que el robot se tenga cuando encuentre el punto azul de llegada se realiza el mismo procedimiento anterior pero esta vez con el valor de la luz reflejada que indique el color azul, en este caso A de valor de 7, y a una potencia de cero para que el robot se detenga. Una vez se detenga realizara un giro a izquierda y avanza por 2 segundos, después pasa a descargar la carga, realiza un giro de 100 grados y avanzar de nuevo 2 segundos para que regrese a la línea negra y continúe su camino hacia el punto de llegada.

7. Presupuesto: DESCRIPCION DESCRIPCION

COSTO UNITARIO

EQUIPOS: Kit LEGO

$

2.260.000

Computador

$

1.000.000

Total

COSTO TOTAL

$

MATERIALES : Cartulina

$

1.000

Cinta Negra

$

2.000

Lápiz

$

800

3.260.000


Borrador

$

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500

Total

$

4.300

$

5.500.000

$

1.500.000

$

5.600.000

Total

$

310.000

TOTAL

$

15.864.300

PERSONAL Laura Stephania Reyes Aldana

$

1.100.000

German Dario Gomez Guevara

$

1.100.000

Daniel Farìas Fernande

$

1.100.000

Geni Maricela Martinez

$

1.100.000

Jessica Daniela Lopez

$

1.100.000

Total ASESORIA Victor Hugo Rodriguez

$

850.000

Ezequiel Aparicio

$

650.000

Total VIATICOS Y TRANSPORTE Viáticos

$

1.000.000

Hotel

$

1.750.000

Combustible

$

100.000

Transporte

$

2.750.000

Total GASTOS ADMINISTRATIVOS Servicio Internet

$

120.000

Tel, agua, electricidad

$

110.000

Envío materiales

$

80.000


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8. Cronograma:

En este espacio tenemos el cronograma que es la representación gráfica y ordenada con detallando el conjunto de funciones y tareas que se llevaran a cabo en un tiempo estipulado de un mes y bajo unas condiciones que garanticen la optimización del tiempo. ACTIVIDADES Metas y razones de resolucion Recolecta de informacion Técnicas y procedimientos Presupuesto (Costos)

J UL IO 20 - 22 23 - 25 26 - 28

29 - 3 1

1-3

AGOSTO 4-6 7-8

9 - 11

RESPONSABLES DE LA ACTIVIDAD LAURA STEPHANIA REYES ALDANA DANIEL FARÌAS FERNANDEZ GERMAN DARIO GOMEZ GUEVARA GENI MARICELA MARTINEZ JESSICA DANIELA LOPEZ

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Resultado final Entrega de producto

LAURA STEPHANIA REYES ALDANA DANIEL FARÌAS FERNANDEZ GERMAN DARIO GOMEZ GUEVARA GENI MARICELA MARTINEZ JESSICA DANIELA LOPEZ


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9. Bibliografía: [1] 2012. Normas de seguridad del OIEA para la protección de las personas y el

medio ambiente. Reglamento para el transporte seguro de materiales radioactivos [PDF].

Recuperado

de:

https://www-

pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1570s_web.pdf [2] Rodríguez Sánchez, V. ( 2016). Guía De Usuario Lego Mindstorm EV3 .

Colombia: Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/8204 [3] The LEGO Group. Aprende a programar. Lego Mindstorms EV3. Recuperado

de: https://www https://www.lego.com/es-es/ .lego.com/es-es/mindstorms/lea mindstorms/learn-to-prog rn-to-program ram


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10. Anexos :

En el algoritmo básico aplicamos una potencia constante al motor, definiendo la misma al seleccionar el icono del motor. Esta potencia se mantiene constante durante la ejecución del programa. El cabeceo a veces es excesivo y puede provocar que el robot salga de su s u recorrido. Aquí se muestra el programa del sigue líneas básico:

En este programa se utiliza un interruptor, condicionado por la medición de la intensidad de la luz reflejada recibida por el sensor de color. Si el sensor de color recibe menos del valor definido en el interruptor, entrará en acción el caso verdadero ( ✓) y accionará el motor B que en nuestro caso es el izquierdo, y detendrá el motor C. El vehículo girará hacia la derecha y recibirá una lectura diferente de la definida, por lo tanto entrará en acción el caso falso (X), que detiene el motor B y acciona el motor C haciendo que el vehículo gire hacia la izquierda, así ira siguiendo la línea con los cabeceos antes mencionados. Existe la posibilidad de programar los motores con un valor de potencia variable, y de esta manera podemos conseguir que la potencia del motor dependa de las


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lecturas del valor de la intensidad de la luz reflejada. Este sistema de control de la potencia del motor depende de la realimentación del valor recibido por el sensor. Al contrario que en la versión anterior, esta hará uso de todo el rango de valores que puede encontrarse en el sensor de color como se muestra a continuación.

El programa consta de dos partes, primero, fuera del bucle encontramos encontram os un bloque personalizado personalizado (My block – Mi bloque) en el que podemos incluir otros bloques para simplificar el resultado final de nuestra programación. Dentro del primer bloque, nos encontramos con el programa que nos permite calibrar el sensor de color, operación necesaria cuando trabajamos con la intensidad de la luz reflejada, ya que ninguna sala ni tapete son iguales y recibiremos diferentes lecturas según donde realicemos el experimento.


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Una vez calibrado el sensor de color, entrará dentro del bucle y se accionará nuestro programa de sigue líneas, que funciona de la siguiente manera:

El primer bloque es el encargado de tomar la información sobre la cantidad de luz reflejada que es recibida por el sensor, mediante el cable de datos que podemos ver de color amarillo, transfiere la información al bloque de operaciones matemáticas y resta al valor recibido 35 (Este valor viene condicionado por la mediciones recibidas a la hora de realizar nuestro proyecto). El resultado de esa operación es transferido a otro bloque de operaciones matemáticas que lo divide entre 1,5 y envía el resultado al bloque de motor “volante” haciendo que altere el

giro de nuestro vehículo.

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