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Nodo Pereira

Nombre Proyecto:
Moto Eléctrica


Nombre del Talento:
Rodolfo Millán Chávez


Descripción del Proyecto:
El desarrollo consiste en una Moto Eléctrica con un diseño propio para su ensamble, que consta de un motor el cual funciona por la electricidad que le suministra una batería, que consume menos energía eléctrica (Vatios) que un motor eléctrico Tradicional, permitiendo que la moto recorra mas kilómetros de distancia por cada carga que se le hace a la batería que alimenta el motor.

El motor únicamente consume la corriente eléctrica que necesita para moverse, sin desperdicio alguno, lo que también genera una disminución en el consumo de energía eléctrica y de emisiones de CO2. Este producto no requiere una batería costosa de alto rendimiento como se usan en los motores actuales y se reemplazaría el uso de combustibles fósiles por un sistema eléctrico.

Para este proyecto utilizamos una metodología de diseño llamada Ecodiseño la cual está enfocada en el desarrollo de productos amigables con el medio ambiente desde la concepción del funcionamiento del mismo y su impacto ambiental.

Este motor eléctrico se puede aplicar a todo tipo de máquinas eléctricas, vehículos y dispositivos eléctricos, el cual remplazaría las costosas baterías y los altos costos energéticos de consumo de vatios.

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viernes, 16 de julio de 2010

MIRI: Mano InfraRoja Interactiva. Aplicación alternativa al uso del mouse.

Mauricio Arias1

1Ingeniero Físico, Universidad Tecnológica de Pereira, Risaralda, Colombia
miriltda(a)gmail.com

Abstract: MIRI is a technological development that allows to replace the functions of a conventional mouse (left click, left click sustained, scroll up / down) by using reflective tape in two fingers and a camera implemented to function in the near infrared spectrum. Taking advantage of the infrared light reflection on the surface of the fingers, are captured images, applying different techniques of image processing. It is extracted a single point on the screen for each finger, the movement of that point and the appearance of a posterior, allows the cursor management and the different functions of the mouse.

Resumen: MIRI, por sus siglas en español Mano Infra-Roja Interactiva es un desarrollo tecnológico que permite reemplazar las funciones de un mouse convencional (clic izquierdo, clic izquierdo sostenido, scroll up/dwon) mediante el uso de cinta reflectiva en dos dedos y una cámara implementada para funcionar en el espectro del infrarrojo cercano. Aprovechando la reflexión de luz infrarroja sobre la superficie de los dedos, se captan imágenes en las cuales, aplicando diferentes técnicas de procesamiento de imágenes, se logra extraer un solo punto en pantalla por cada dedo; al movimiento de ese punto y la aparición de uno posterior se le entrega el manejo del cursor y las diferentes funciones del mouse. La aplicación se realizo en lenguaje libre bajo la plataforma Visual C++ y la cámara infra-roja fue adecuada electrónicamente en Tecnoparque nodo Pereira.

Palabras claves— Infra-Roja, cámara, reflexión, procesamiento.


I. INTRODUCCIÓN

El teclado y el mouse, los dispositivos de entrada más comunes de los computadores convencionales, es decir, los que la mayoría usamos en nuestros hogares y sitios de trabajo; no han sufrido mayores modificaciones desde su creación, hace unos 35 a 40 años. La mayoría del hardware de los computadores ha evolucionado sustancialmente, sin embargo la forma en que interactuamos con ellos, ha permanecido casi estática. Debido a las ventajas que ofrecen los avances tecnológicos; como la posibilidad de tener una cámara en nuestro computador, por un bajo precio, se ha visto favorecido el desarrollo de diferentes áreas de investigación, como lo son el procesamiento de imágenes y la interacción hombre maquina (Human Computer Interaction HCI), que permiten generar nuevos modelos de interactividad con los computadores y el hardware en general; estos modelos, no solo hacen la interacción mas natural y divertida para los usuarios comunes, sino que además facilita la interacción a personas con impedimentos físicos, como por ejemplo, aquellas que han perdido sus manos o no las pueden mover, ya que pueden sustituir las funciones del mouse físico con los movimientos de su cabeza.
Desde hace ya varios años han surgido algunas propuestas para cambiar la forma de interactuar con el computador: lápiz óptico, pantalla táctil, entre otras. Propuestas que han tenido gran acogida entre la comunidad en general, sin embargo, sus costos evitan que sean equipos ampliamente utilizados. También se han propuesto sistemas en los que usando luz visible y un cámara convencional se logra detectar la ubicación de las manos (Zhao, Tan, Wu, Liu, & Wen, 2009), (Wu & Huang, 2001) e interpretar sus movimientos para manipular el puntero del mouse, aunque se han logrado buenos resultados, estas aproximaciones requieren condiciones de iluminación o de fondo especificas y un alto gasto de recursos del computador debido al procesamiento de imágenes que involucran. Luego, es conveniente buscar alternativas que permitan diseñar sistemas más robustos en relación a los cambios de iluminación y que requieran menor cantidad de recursos del computador.
En respuesta a estas necesidades, proponemos desarrollar un sistema de detección de las manos, usando luz infrarroja (ir). En nuestros ambientes cotidianos, es inusual encontrar fuentes de luz infrarroja, a excepción, de fuentes como el Sol o algunos bombillos incandescentes comunes, que emiten luz ir, pero con bajas intensidades. Si tenemos una cámara que solo es sensible a la luz infrarroja y la ponemos en funcionamiento en alguno de dichos ambientes, obtendremos imágenes en las que solo apreciamos un fondo negro, a excepción, de cierto ruido, que se ve como puntos o manchas blancas, generado por las fuentes de luz ir mencionadas; ruido que es de muy baja potencia y se puede eliminar fácilmente con algunos filtros digitales. Implementamos un sistema que permite detectar los movimientos de la mano, en particular dos dedos, e interpretar sus desplazamientos para simular el uso del mouse convencional; usando una cámara sensible solo a la luz infrarroja (ir), una fuente de luz infrarroja (leds) y cinta reflectiva en los dedos. Una configuración de este tipo, permite controlar la iluminación sin afectar el entorno y disminuye la cantidad de procesamiento requerido, mejorando el tiempo de respuesta del sistema. A continuación se presenta en la sección II la metodología utilizada para desarrollar el sistema, que incluye el ajuste de una cámara web para hacerla sensible a la luz infrarroja, la construcción de la iluminación y el desarrollo del software; en la sección III se muestran algunos de los resultados obtenidos y las conclusiones se presentan en la sección IV.

II. METODOLOGÍA

Análisis y requerimientos

La metodología se presenta en tres pasos: primero, cámara IR, fuente de iluminación y cinta reflectiva; segundo, descripción del procesamiento de imágenes empleado, y tercero, desarrollo del software.

Camara IR, fuente de iluminación y cinta reflectiva

Para la implementación de la cámara se uso un sensor CMOS sensible a la luz visible e infrarroja, al cual agregamos un filtro que bloquea la luz visible, haciendo que la cámara sea sensible únicamente a la luz ir hasta donde el sensor de la cámara lo permite, es decir, hasta una longitud de onda aproximada de 1000nm.

Una vez ajustada la cámara, se usaron 30 leds infrarrojos para construir un sistema de iluminación alrededor de la cámara, los leds son alimentados con una fuente de 5 voltios DC; Una vez encendidos, todo objeto que este ubicado delante de la cámara refleja luz ir con diferentes intensidades, dependiendo de dos factores: la separación entre el objeto y la cámara, y, el índice de reflectividad del material del cual está constituido dicho objeto. Usando SOLID Works se diseño la carcasa de la cámara, con el acompañamiento de los Asesores Andrés Felipe Díaz Arias y Alejandra Valencia Cifuentes, asesores de la línea de ingeniería de Tecnoparque nodo Pereira, el proceso de diseño se puede apreciar en la figura 1:


Figura 1


Figura 2


Figura 3


Figura 1-2-3. Proceso de Diseño y Desarrollo de la carcasa realizado en SOLID Works.


Cronograma de Trabajo


Figura 4 – Planeación de Actividades (semanas).


Procesamiento de imágenes

Usando la cámara con su fuente de iluminación ir, obtenemos imágenes en las cuales los objetos más notorios son los que están más cerca de la cámara y los que poseen un mayor índice de reflexión de luz ir. En general, solo objetos cercanos a la cámara, entre 2,5 y 3 metros o menos; son apreciables por la cámara, figura 2. Para aumentar la notoriedad de los dedos de las manos en las imágenes, hemos puesto un par de anillos de cinta reflectiva en los dedos índices de ambas manos, aumentado la cantidad de luz ir reflejada, esto facilito el procesamiento de las imágenes, ya que hemos evitando el fondo que se vería usando luz visible, y hemos logrado resaltar las zonas que nos interesan.


Figura, 5. Imagen con la cámara modificada.


Las imágenes son procesadas en las siguientes etapas: binarización, erosión, dilación, y segmentación. Para la binarización se encuentra un umbral optimo usando el método de Otsu, el cual esta descrito en (Otsu, 1979); esto nos permite obtener imágenes binarias en las cuales se aprecian las zonas mas brillantes de la imagen original, entre las cuales, se encuentran los dedos indices. Debido al ruido del ambiente, ocasionado por las fuentes de luz ir mencionadas anteriormente, se presenta en las imágenes binarias ruido en forma de puntos o manchas; esta información no deseada es eliminada usando en conjunto las operaciones de erosión y dilación; ambas operaciones usan un nucleo que se desplaza por toda la imagen pixel a pixel, la erosión elimina todos aquellos pixeles cuya intensidad no coincide con la del nucleo, y la dilación resalta todos aquellos pixeles en los cuales al menos un pixel del nucleo coincide con un pixel de la imagen (Gonzalez & Woods, 2002). En este punto, hemos eliminado gran parte del ruido presente en la imagen bianaria, pero generalmente no todo. A continuación se aplica un algoritmo de segmentación expuesto en (Haralick & Shapiro, 1992), este procedimiento permite enumerar las diferentes zonas presentes en la imagen, las cuales corresponden a la cinta en los dedos y a posibles ruidos que aun no hayan sido eliminados. Una vez ubicadas las zonas se identifican dos propiedades para cada una de ellas: su area y la ubicación de su centroide; con estos datos se procede a descartar las zonas que no cumplan con un determinado umbral de area, el cual se ajusta según el tamaño de la cinta reflectiva en los dedos. En este punto ya hemos identificado la ubicación de las puntas de los dedos en la imagen, en la figura 3 se puede apreciar el proceso descrito.
Ahora se usan las coordenadas de los puntos ubicados, maximo dos, para posicionar el puntero del mouse y simular diferentes clics. Si se tiene solo un punto, este se usa como coordenada para ubicar el mouse; si aparecen dos puntos, se interpretan como un clic izquierdo sostenido, y se pude mantener el clic, siempre que se mantenga la distancia entre los dedos, si la distancia se disminuye se interpreta como un scroll down y por el contrario, si aumenta la distancia se interpreta como un scroll up. Se puede ver un video del proyecto en funcionamiento, en la dirección: http://www.youtube.com/watch?v=vUaKCLiG-Rk.

Desarrollo del Software

El software ha sido implementado usando el lenguaje de programación C++, usando la plataforma de trabajo Microsoft Visual C++, disponible en la dirección: http://www.microsoft.com/express/Downloads/#2010-Visual-CPP. Se tienen funciones para las diferentes etapas de procesamiento y el control de la camara.

III. RESULTADOS

Con el sistema desarrollado es posible interactuar en tiempo real con el computador, simulando las diferentes acciones del mouse convencional. Nuestro sistema fue probado en público en el pasado EXPOSENA 2010, allí obtuvimos una gran respuesta de los usuarios, algunos tenían dificultades inicialmente otros se ajustaban inmediatamente al uso del equipo; en general todos pudieron controlar el computador usando el dispositivo, contamos con usuarios de todas las edades, desde niños hasta adultos mayores. El sistema permite navegar por toda la pantalla, sin embargo, debido a la no uniformidad de la luz reflejada por las manos de los usuarios, es difícil ubicar de forma precisa el puntero del mouse, por lo cual se dificulta hacer clic en áreas muy pequeñas, o realizar trazos finos mientras se dibuja. Aunque fue posible probar un juego de tiro en flash, llamado SniperDuty, obteniendo buenas puntuaciones. En general el sistema ha respondido adecuadamente, y puede ser usado como alternativa al mouse en aplicaciones que no requieran una alta precisión.


Figura 6. a. Imagen obtenida por la cámara


Figura 7. b. Imagen procesada en el computador

IV. CONCLUSIONES

Se logro desarrollar un sistema basado en el uso de luz infrarroja para simular el funcionamiento del mouse, incluido su desplazamiento, el clic izquierdo y la función scroll down/up. El sistema funciona en tiempo real, haciendo que su uso sea natural y divertido, sin embargo la precisión aun debe ser mejorada, debido a que la irregularidad en la luz reflejada por las manos del usuario genera inestabilidad en la posición del puntero.
Se continuara investigando para mejorar la precisión del equipo y eliminar el uso de cinta reflectiva, de tal forma que cualquier persona con las manos desnudas pueda manipular el computador. También se investigaran nuevas aplicaciones en el área de realidad aumentada y el estudio del desempeño de deportistas usando marcas reflectivas en diferentes partes del cuerpo
REFERENCIAS

Gonzalez, R. C., & Woods, R. E. (2002). Digital Image Processing Using Matlab, 2nd Ed. Prentice Hall.

Otsu, N. (1979). A Threshold Selection Method from Gray-Level. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics , 9 (1), 62-66.

Wu, Y., & Huang, T. (2001). Hand modeling, analysis and recognition. Signal Processing Magazine, IEEE , 18 (3), 51-60.

Zhao, S., Tan, W., Wu, C., Liu, C., & Wen, S. (2009). A novel interactive method of virtual reality system based on hand gesture recognition. Control and Decision Conference, CCDC '09 , 17-19, 5879-5882.

miércoles, 14 de julio de 2010

MOTO CHOPPER

Moto Chopper

OSCAR EDUARDO GRAJALES GONZALES

Diseñador Industrial. Universidad Autónoma de Manizales

grajales3384@hotmail.com

Abstract

This project was born as part of a learning process according with the idea of proposing innovating

motorcycle designs for the Colombian industry. The design and construction of motorcycles in Colombia has

been emerging in a very slow pace in comparison to the evolution of the global industry. This slow grow in

the construction of bikes in the region has been to the fact most parts used in the construction have to

be imported resulting a mechanic design with lack of innovation.

Key words: Design, Innovation, Motorcycle, Bike.

Resumen

Este proyecto nace como parte de un proceso de aprendizaje relacionado con la idea de proponer diseños innovadores de motocicletas en la industria automotriz colombiana, ya que el diseño y la construcción de motocicletas en Colombia se ha dado de una manera muy lenta, en comparación con el desarrollo de la industria global. Este lento crecimiento en la construcción de motos en la región, se debe a que generalmente se utilizan piezas adquiridas en el exterior, impidiendo la verdadera innovación en el diseño mecánico.

Palabras clave: Diseño, Innovación, Motocicleta, Moto.

I. Introducción

En Colombia el diseño y la construcción de motocicletas se ha dado de una manera muy tímida al tomar como referente los avances de la industrial a nivel global, generalmente prima la construcción de motos con piezas adquiridas en el exterior sin profundizar en la verdadera innovación del diseño mecánico.

Es por esta razón que nace la idea de proponer diseños innovadores de motocicletas en la industria automotriz colombiana y de esta manera alcanzar un liderazgo regional que logre un impacto internacional, posicionando al país dentro de nuevos campos comerciales.

Para llegar a alcanzar estas metas, es necesario tener un proceso previo de formación, el cual se ha dado desde el año 1999 con la construcción de dos motocicletas y continua actualmente con el desarrollo de una tercera apoyado por el Tecnoparque SENA nodo Manizales. Esta nueva propuesta parte del diseño sobre un motor Honda 650 c.c., el cual fue recuperado de una motocicleta estrellada, dando la pauta para construir el 95% del prototipo.

El factor más importante al diseñar una moto es la optimización; la optimización de materiales y procesos constructivos. La innovación no es agregar más elementos a la composición formal, si no hacer más con lo menos posible. Esta filosofía siempre trae consigo innumerables retos en el diseño porque siempre hay que decidir acerca de que más se puede optimizar en su mecánica sin que el funcionamiento se vea afectado negativamente.

Para este proceso se utilizaron herramientas básicas como: torno, prensa hidráulica, soldadura mig, pulidora de mano y taladro fresador. Demostrando que la construcción de motocicletas de alta calidad puede realizarse por medio de procesos simples siempre y cuando la metodología utilizada se base en un concepto de diseño responsable. Ver figuras 5 y 6.

II. Análisis y requerimientos

Para la fase de análisis y requerimientos se tuvieron en cuenta diferentes estudios de vigilancia tecnológica o estado del arte internacional en cuanto se refiere al diseño de motos chopper y autos concepto:

  • Investigación: Dentro de los resultados obtenidos en cuanto a las motos personalizadas ofrecidas en el país, se encontró la necesidad de ofrecer un producto innovador con el suficiente grado de diferenciación respecto al mercado nacional.

  • Requerimientos: Dentro de los requerimientos manifestados por los usuarios encontramos, primero, el poder utilizar motores de alto cilindraje que estén a disposición; segundo, que el cliente pueda ser partícipe del proceso de diseño; tercero, que el diseño este basado en la antropometría del usuario final y cuarto, que la moto sea de una alta facilidad de adquisición de piezas, para las posibles reparaciones futuras.

  • Análisis del Diseño: Se realizaron diferentes bocetos, donde se empezó a conceptualizar el modelo final de la moto chopper, en estos nos basamos en la volumetría del motor que se utilizo.

  • Análisis de Construcción: Se tomo en cuenta los procesos constructivos, que se aproximaban al desarrollo de las diferentes piezas, teniendo en cuenta las maquinaria y herramientas a disposición, siendo estrictos con las terminaciones de las partes.

III. Cronograma de Trabajo

MES

Semana 1

Semana 2

Semana 3

Semana4

FEBRER



Inicio a la adecuación del sitio de trabajo y al desarrollo de la manzana trasera.

Conclusión de la manzana trasera e inicio de rin trasero.

MARZO

Conclusión del rin trasero

Inicio de construcción de mono brazo trasero

Ensamblaje del tren trasero


ABRIL

Inicio de construcción del chasis

construcción del chasis

Conclusión del Chasis.

Inicio de construcción del tren delantero

MAYO

Construcción del tren delantero

Conclusión del tren delantero e inicio de manzana delantera

Conclusión de manzana e inicio del rin delantero

Conclusión del rin e inicio de detalles constructivos (interfaces)

JUNIO

Construcción de interfaces

(botones, palancas y sistemas en general)

Construcción de interfaces.

Conclusión de interfaces e inicio de carcasas en Fibra de Carbono.

Carcasas en Fibra de Carbono.

JULIO

Carcasas en Fibra de Carbono.

Conclusión de carcasas e inicio de procesos de acabados

Procesos de Acabados

Finalización de los Procesos de Acabados.





Cuadro de Procesos por colores y denominación:



IV. Diseño CAD

Se realizaron los gráficos de los detalles de diseño y constructivos de algunas de las partes más importantes de la moto, como el rin, la manzana trasera y el chasis en Solid Works. Ver figuras 1, 2,3 y 4.


V. Conclusiones

· Se realizara el análisis ingenieril de los diferentes mecanismos y ensambles de las partes con el programa Catia, esto debido a que inicialmente se modeló en Solid Works.

· Además se deben realizar los análisis de cargas en los puntos más relevantes a nivel ingenieril de la moto chopper.


Fig. 5 y 6. Moto Chopper

GALERIA DE IMAGENES

SEGUIDORES

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La Linea de Ingeniería está encargada de orientar y apoyar el desarrollo de proyectos tecnológicos encaminados a la solución de problemas o necesidades industriales a partir de la aplicación de conocimientos en las áreas de diseño, simulación e implementación mecánica por medio de la metodología PLM (Product Life Cycle Management), utilización de nuevos materiales e ingeniería de software, fomentando el desarrollo de proyectos innovadores desde el aprendizaje de nuevas tecnologías.

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