Sistema de reconocimiento autónomo de maduración de frutos de cacao mediante la técnica de visión artificial
La técnica de visión artificial permite extraer características físicas del cacao sin necesidad de tener contacto con el fruto, a través de ella se puede determinar características como el color, tono, textura, cantidad y tamaño. En el presente proyecto se implementa el desarrollo de un sistema de v...
- Autores:
-
Martínez Ardila, Andrés Yesid
Santamaria Alza, Wilber Francisco
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
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Mecatrónica
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La técnica de visión artificial permite extraer características físicas del cacao sin necesidad de tener contacto con el fruto, a través de ella se puede determinar características como el color, tono, textura, cantidad y tamaño. En el presente proyecto se implementa el desarrollo de un sistema de visión artificial para la detección de frutos de cacao aptos para su cosecha. Teniendo en cuenta los aspectos de calidad del fruto de cacao se desarrolló un Vehículo Autónomo Terrestre No Tripulado (VATNT) capaz de desplazarse a través de cultivos de cacao determinando la cantidad de frutos maduros y no maduros presentes en cada árbol, enviando la información obtenida a un servidor mediante un sistema de comunicación inalámbrica bidireccional donde se muestra de forma gráfica los resultados obtenidos. Para la visualización de resultados se desarrolló un software que mantiene una comunicación constante con el VATNT dándole indicaciones para su recorrido dentro del cultivo, recibiendo las imágenes capturadas por el vehículo clasificando y mostrando los resultados obtenidos gráficamente al usuario. |
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[1] Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica “ENOS (El niño-Oscilación del Sur)”. Dirección URL: https://www.imn.ac.cr/enos. [2] Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC) “Fenómenos del niño y la niña”. Dirección URL: http://www.siac.gov.co/ninoynina. [3] “Caja de herramienta para cacao”. Guía 1: “El cacao en sistemas agroforestales”. Lutheran World Relief. Dirección URL: http://cacaomovil.com/. [4] Federación Nacional de Cacaoteros, Dirección URL: http://www.fedecacao.com.co/portal/index.php/es/2015-04-23-20-00-33/118-en- san-vicente-de-chucuri-ya-hay-casos-de-exito-con-colombia-siembra. [5] L. I. Garcia. “Modelado Cinemático y Control de Robots Móviles con Ruedas”. Ph.D. disertación, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad Politécnica de Valencia, 2010. [6] J. M. Medel. “Desarrollo De Una Plataforma De Monitorización Y Control De Un Minirobot Móvil Basada En Redes De Sensores Inalámbricos”. Universidad de Sevilla, Escuela Técnica Superior de Ingeniería. [7] Jhonny A. Valencia, Alejandro Montoya. “Modelo cinemático de un robot móvil tipo diferencial y navegación a partir de la estimación odometrica”. Universidad Tecnológica de Pereira. 2009. [8] J. I. Perez; S. Tovar; V. C. Ubaldo; G. H. Efren; J. C. Pedraza; J. E. Vasgas. J. M. Arreguin, O. A. Sotomayor. “Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de Control Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos”. 10th National Congress of mechatronics. Puerto Vallarta, Jalisco, 2011. [9] J. Collazo; E. Gorrostieta; J. Pedraza; U. Villaseñor; R. Romero and M. Gonzalez. “Modelación de un Robot de dos Ruedas con Tracción Diferencial”. 8th National Congress of mechatronics. Veracruz, 2009. [10] L. Rios; M. Bueno; “Modelo Matemático Para Un Robot Móvil” Scientia Et Technica Año XIV. 2008. [11] Jean Carlos Herrera Pérez, Silfri Manuel Medina Ortiz. “Diseño de un sistema automático de selección de frutos de café mediante técnicas de visión artificial”. Universidad Autónoma del Caribe. 2015. [12] Carlos Julio Arismendi Pereira. “Técnicas de análisis del patrón respiratorio y cardiorrespiratorio ara la extracción de índices en pacientes en proceso de extubación”. Barcelona. 2007. [13] Jorge Yazlle and Camilo Jadur. “Dinámica Simbólica: Apuntes de Cátedra”. Salta: Departamento de Matemática de la Universidad Nacional de Salta. 2006. [14] Jean Dickinson Gibbons and Subhabrata Chakraborti. “Nonparametric Statistical Inference”. Tuscaloosa, Alabama: Marcel Decker Inc. 2003. [15] Jaime Villamil, Jesús Delgado. “Entrenamiento de una red neuronal multicapa para la tasa de cambio euro - dólar (EUR/USD)”. Universidad Nacional de Colombia. 2007. [16] “Caja de herramienta para cacao”. Guia 8: “Cosecha, fermentación y secado del cacao”. Lutheran World Relief. Dirección URL: http://cacaomovil.com/. [17] DHGate. Dirección URL: https://es.dhgate.com/online-shopping/chassis-robot- diy-online.html. [18] Pololu Robotics & Electronics. Dirección URL: https://www.pololu.com/product/2214. [19] yorobotics. Dirección URL: https://yorobotics.co/producto/soporte-camara-para- servo-sg90/. [20] Pololu Robotics & Electronics. Dirección URL: https://www.pololu.com/product/3081 [21] PJRC. Electronic Projects. Dirección URL: https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_Encoder.html [22] Naylamp mechatronics. Dirección URL: https://naylampmechatronics.com/sensores-proximidad/10-sensor-ultrasonido-hc- sr04.html [23] VECTORNAV Technologies. Dirección URL: https://www.vectornav.com/support/library/magnetometer [24] Prometec. “LO QUE HAY QUE SABER PARA ELEGIR LA CAMARA FPV PARA UN CUADROCOPTERO”. Dirección URL: https://www.prometec.net/elegir-camara- fpv-para-dron/ [25] Desde el aire RC. Dirección URL: https://www.desdeelairerc.net/fpv/camara- fpv-cmos-700tvl/ [25] Desde el aire RC. Dirección URL: https://www.desdeelairerc.net/fpv/camara- fpv-cmos-700tvl/ [27] “Manual de operacion RC832 y TS832” .2013 [28] Moviltronics. “Modulo L298N (Puente H)”. Dirección URL: https://moviltronics.com.co/modulos/143-modulo-l298-rojo.html. [29] Magnetic Declination. “Find the magnetic declination at your location”. Dirección URL: http://www.magnetic-declination.com/. 2018. [30] Yuri Matselenak. DIY Drones. “Advanced hard soft iron magnetometer calibration”. Dirección URL: https://diydrones.com/profiles/blogs/advanced-hard- and-soft-iron-magnetometer-calibration-for- dummies?id=705844%3ABlogPost%3A1676387&page=4. Julio 2014. [31] Felix Monasterio Helin; Alvaro Gutierrez. “Modelado experimental de un Motor DC real”. 2016. |
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En el presente proyecto se implementa el desarrollo de un sistema de visión artificial para la detección de frutos de cacao aptos para su cosecha. Teniendo en cuenta los aspectos de calidad del fruto de cacao se desarrolló un Vehículo Autónomo Terrestre No Tripulado (VATNT) capaz de desplazarse a través de cultivos de cacao determinando la cantidad de frutos maduros y no maduros presentes en cada árbol, enviando la información obtenida a un servidor mediante un sistema de comunicación inalámbrica bidireccional donde se muestra de forma gráfica los resultados obtenidos. Para la visualización de resultados se desarrolló un software que mantiene una comunicación constante con el VATNT dándole indicaciones para su recorrido dentro del cultivo, recibiendo las imágenes capturadas por el vehículo clasificando y mostrando los resultados obtenidos gráficamente al usuario.1. INTRODUCCIÓN 1 2. OBJETIVOS 3 2.1 Objetivo general 3 2.2 Objetivos específicos 3 3. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 4 4. MARCO TEÓRICO 6 4.1 Cultivo del cacao 6 4.2 Vehículo autónomo terrestre no tripulado (VATNT) 8 4.3 Robótica móvil 9 4.3.1 Visión Artificial: 11 4.4 Redes Neuronales 14 5. METODOLOGÍA 17 5.1 Fases del proyecto 17 5.2 Metodología del proyecto 18 6. CRITERIOS PARA LA CLASIFICACIÓN DEL CACAO 20 7. DISEÑO DEL PROTOTIPO VATNT 22 7.1 Parte mecánica 22 7.1.1 Plataforma 22 7.2 Actuadores 23 7.2.1 Micromotor con eje extendido 24 7.2.2 Servomotor SG90 25 7.3 Sensores 26 7.3.1 Encoder 27 7.3.2 Ultrasónico 30 7.3.3 Magnetómetro 32 7.3.4 Cámara FPV (First Person View) 37 7.4 Dispositivos de comunicación 39 7.4.1 Xbee 40 7.4.2 Kit emisor receptor FPV (First Person View) 41 7.5 Tarjetas 42 7.5.1 Arduino mega ADK 42 7.5.2 Puente H L298N 43 7.6 Suministro de energía 45 8. TRAYECTORIA 48 8.1 Magnetómetro 48 8.2 Ultrasónicos 51 8.3 Modelo Matemático 54 8.3.1 Modelo eléctrico 54 8.3.2 Modelo mecánico 55 8.3.3 Modelo cinemático 55 8.3.4 Modelo dinámico 56 8.4 Desarrollo del VATNT 66 9. COMUNICACIÓN 69 9.1 Comunicación digital 69 9.2 Comunicación análoga 73 10. VISIÓN ARTIFICIAL 76 10.1 Clasificación por color 78 10.1.1 YCbCr 79 10.1.2 CIELAB 79 10.2 Primeras pruebas 80 11. INTERFAZ GRÁFICA 81 12. RESULTADOS OBTENIDOS 84 13. CONCLUSIONES 86 14. TRABAJO FUTURO 88 15. BIBLIOGRAFÍA 89 16. ANEXOS 93PregradoThe artificial vision technique allows to extract physical characteristics of cocoa without having to have contact with the fruit, through it you can determine characteristics such as color, tone, texture, quantity and size. In this project implements the development of an artificial vision system for the detection of cocoa fruits suitable for harvest. Taking into account the quality aspects of the cocoa fruit hence a Vehículo Autónomo Terrestre No Tripulado (VATNT) was developed as well capable of moving through cocoa crops and determining the amount of ripe and unripe fruits present in each tree and sending the information obtained to a server through a bidirectional wireless communication system where the results obtained are shown graphically. For the visualization of results a software was developed that maintains a constant communication with the VATNT giving indications for its route within the crop and receiving the images captured by the vehicle classifying and showing the results obtained graphically to the user.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaSistema de reconocimiento autónomo de maduración de frutos de cacao mediante la técnica de visión artificialAutonomous recognition system for the ripening of cocoa fruits using the artificial vision techniqueIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicArtificial visionPhysical characteristics of cocoaAutonomous unmanned ground vehicleCocoaPsychotropic plantsBiological developmentPlant development stagesRobotsMecatrónicaCacaoPlantas psicotrópicasDesarrollo biológicoEtapas de desarrollo de la plantaRobotsVisión artificialCaracterísticas físicas del cacaoVehículo autónomo terrestre no tripulado[1] Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica “ENOS (El niño-Oscilación del Sur)”. Dirección URL: https://www.imn.ac.cr/enos.[2] Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC) “Fenómenos del niño y la niña”. Dirección URL: http://www.siac.gov.co/ninoynina.[3] “Caja de herramienta para cacao”. Guía 1: “El cacao en sistemas agroforestales”. Lutheran World Relief. Dirección URL: http://cacaomovil.com/.[4] Federación Nacional de Cacaoteros, Dirección URL: http://www.fedecacao.com.co/portal/index.php/es/2015-04-23-20-00-33/118-en- san-vicente-de-chucuri-ya-hay-casos-de-exito-con-colombia-siembra.[5] L. I. Garcia. “Modelado Cinemático y Control de Robots Móviles con Ruedas”. Ph.D. disertación, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad Politécnica de Valencia, 2010.[6] J. M. Medel. “Desarrollo De Una Plataforma De Monitorización Y Control De Un Minirobot Móvil Basada En Redes De Sensores Inalámbricos”. Universidad de Sevilla, Escuela Técnica Superior de Ingeniería.[7] Jhonny A. 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Universidad Autónoma del Caribe. 2015.[12] Carlos Julio Arismendi Pereira. “Técnicas de análisis del patrón respiratorio y cardiorrespiratorio ara la extracción de índices en pacientes en proceso de extubación”. Barcelona. 2007.[13] Jorge Yazlle and Camilo Jadur. “Dinámica Simbólica: Apuntes de Cátedra”. Salta: Departamento de Matemática de la Universidad Nacional de Salta. 2006.[14] Jean Dickinson Gibbons and Subhabrata Chakraborti. “Nonparametric Statistical Inference”. Tuscaloosa, Alabama: Marcel Decker Inc. 2003.[15] Jaime Villamil, Jesús Delgado. “Entrenamiento de una red neuronal multicapa para la tasa de cambio euro - dólar (EUR/USD)”. Universidad Nacional de Colombia. 2007.[16] “Caja de herramienta para cacao”. Guia 8: “Cosecha, fermentación y secado del cacao”. Lutheran World Relief. Dirección URL: http://cacaomovil.com/.[17] DHGate. Dirección URL: https://es.dhgate.com/online-shopping/chassis-robot- diy-online.html.[18] Pololu Robotics & Electronics. 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