Prototipado de un sistema de sonorización y visualización de proyección interna tipo Head Up Display (HUD) basado en realidad aumentada para casco de motocicleta

Se realizó el diseño y prototipado de un sistema de sonorización y visualización para un casco de motocicleta donde proyecta un mapa proveniente de un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) sobre su visera. Este sistema permite al motociclista evitar la necesidad de dirigir su mirada a un dispositi...

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Autores:
Rengifo Garcia, Jorge Andres
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2018
Institución:
Universidad Militar Nueva Granada
Repositorio:
Repositorio UMNG
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unimilitar.edu.co:10654/37862
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10654/37862
Palabra clave:
CASCOS PARA MOTOCICLETAS
SEGURIDAD VIAL
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El prototipo implementado se realizó de forma modular para poderlo integrar a cualquier casco reglamentado en Colombia por la NTC 4533. Esto se logró dividiendo el sistema en tres niveles, un nivel de controlador, un nivel de interpretación y visualización y finalmente un nivel de construcción modularContenido Agradecimientos 7 Resumen 9 Abstract 9 1. Introducción 2 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5. Delimitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.6. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.7. Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. Marco Referencial 7 2.1. Realidad aumentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2. Sistemas GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. Normativa NTC 4533 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4. Head Mounted Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.5. Head Up Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.6. Campo de visión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.7. Luminosidad y contraste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.8. Colimación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.9. Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.10. Compatibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.11. Generación de vídeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.12. Unidad de proyección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.13. Combinador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.14. Sistemas HUD Y HMD Similares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.14.1. Nuviz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.14.2. Intelligent Cranium Helmets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.14.3. Reevu Helmet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.14.4. FUSAR Smart Helmet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.14.5. LiveMap Helmet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. Requerimientos de diseño 18 3.1. Requerimientos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1.1. Requerimientos de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1.2. Requerimientos Norma NTC 4533 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2. Función de despliegue de calidad (QFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.1. Estructuración de los requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.2. Parámetros técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.3. Matriz de relaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.4. Casa de la calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4. Diseño del prototipo 22 4.1. Diseño conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.1.1. Etapas y componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.1.2. Generación de conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.1.3. Comparación y selección de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.1.4. Evaluación de cumplimiento de requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.2. Selección de componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2.1. Casco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2.2. Transductor GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2.3. Tarjeta de procesamiento y generador de vídeo . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2.4. GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2.5. Combinador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5. Desarrollo del prototipo 33 5.1. Interfaz, variables y software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.1.1. Variables a tener en cuenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.1.2. Hardware para adquisición de variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1.3. Generación de interfaz gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.1.4. Proyección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.1.5. Ubicación modular del hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2. Ideas preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.1. Proyección externa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.2. Proyección por espejos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.3. Diseño preliminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.3.1. Software SolidWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.3.2. Pico proyector Brookstone keychain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.3.3. Powerbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.4. Prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.4.1. Ubicación final de los componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.4.2. Navit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.4.3. Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.4.4. Pruebas en pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.4.5. Configuración Raspberry PI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.4.6. Conexión de los componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.4.7. Prototipo ensamblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6. Análisis de resultados 52 6.1. Análisis de costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6.2. Análisis de fabricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7. Conclusiones y recomendaciones 57 7.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 A. Anexo: Tabla Cifras de fallecidos de acuerdo a la condición agrupada de la víctima para el periodo ene-jul 2017-2018.[1] 59 B. Anexo: Gráfico Comparativo ene-jul 2017-2018 de las cifras de fallecidos en hechos de tránsito por condición agrupada de la víctima.[1] 60 C. Anexo: Gráfico de infracciones más frecuentes tomadas por el SIMIT en el 2017. [2] 61 D. Anexo: Descripción del comparendo C38 según el SIMIT. [2] 62 E. Anexo: NTC 4533 Restricción auditiva en el casco. [3] 63 Bibliografía 64The design and prototyping of an audio and visualization system for a motorcycle helmet was carried out where a map was projected from a Global Positioning System (GPS) on its visor. This system allows the motorcyclist to avoid the need to turn his gaze to a mobile device type cellular preventing, at a certain moment, to move his hands away from the handlebars avoiding possible accidents. It presents the design process, the connections of the different integrated hardware systems and the interaction with the software. The prototype implemented was made in a modular way to be able to integrate it to any hull regulated in Colombia by the NTC 4533. This was achieved by dividing the system into three levels, a controller level, an interpretation and visualization level and finally a modular construction level.Pregradoapplicaction/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 InternationalAcceso abiertoPrototipado de un sistema de sonorización y visualización de proyección interna tipo Head Up Display (HUD) basado en realidad aumentada para casco de motocicletaPrototyping of an augmented reality-based Head Up Display (HUD) internal projection sound and visualization system for motorcycle helmetCASCOS PARA MOTOCICLETASSEGURIDAD VIALProjectionHelmetMotorcycleModularSystemProyecciónCascoMotociclistaModularSistemaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fIngeniería en MecatrónicaFacultad de IngenieríaUniversidad Militar Nueva GranadaM. Bayer, C. Rash, and J. Brindle, “Introduction to helmet mounted displays,” 1 2010. [Online]. Available: https://pdfs.semanticscholar.org/9133/ef366a370aef8500e5ef75030775449ababe.pdfS. Chouksey and S. Sirsikar, “A prototype of low cost heads up display for automobiles navigation system pune india,” 12 2016.A. Ikea., “Imagen de realidad aumentada para diseño arquitectónico,” 3 2018. [Online]. Available: https://ichef.bbci.co.uk/news/624/cpsprodpb/14465/production/_91954038_ikeaaugmented.jpgP. Farreil, “Hmd htc vive,” 9 2019. [Online]. Available: https://venturebeat.com/wpcontent/uploads/2019/09/htc-3.jpg?w=578&strip=allJ. Martin., “Hud incorporado a un automovil,” 9 2018. [Online]. Available: https://www.motorpasion.com/tecnologia/hyundai-porsche-han-invertido-80- millones-dolares-conducir-sea-juego-realidad-aumentadaT. Optometrista, “Campo de vision del ser humano,” 7 2018. [Online]. Available: https://www.tuoptometrista.com/deteccion/alteraciones-del-campo-visual/P. 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UMNGbibliodigital@unimilitar.edu.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