Development of a robot for the cleaning of solid waste on beaches

Abstract

La contaminación por residuos sólidos en zonas costeras representa un desafío ambien- tal global con impactos significativos en los ecosistemas marinos, la salud pública y la sostenibilidad económica de comunidades dependientes del turismo. En regiones como el Caribe colombiano, la contaminación de las playas se intensifica debido a la alta activi- dad turística, las corrientes oceánicas y las limitaciones en la infraestructura de gestión de residuos. Este trabajo presenta el diseño, desarrollo e implementación de un sis- tema robótico modular semi-autónomo para la recolección eficiente de residuos sólidos en playas arenosas. El sistema propuesto se basa en una plataforma móvil 6×6 optimizada para operar sobre arena seca y húmeda, logrando baja presión sobre el terreno para reducir la compactación superficial y mantener una tracción adecuada. La arquitectura de control adopta un es- quema de procesamiento distribuido, integrando una computadora de placa reducida para tareas de alto nivel como visión artificial, posicionamiento GPS y comunicación en red, junto con un microcontrolador dedicado al control en tiempo real de motores y adquisi- ción de sensores. Esta separación permite un control estable de la movilidad mientras se procesan tareas computacionalmente intensivas. Se implementan dos modos de operación: teleoperación de corto alcance mediante ra- diofrecuencia de baja latencia y operación remota de largo alcance a través de redes celulares utilizando comunicación WebSocket y una interfaz web. Dicha interfaz propor- ciona transmisión de video en tiempo real, telemetría y geolocalización para la super- visión remota. El sistema energético integra generación fotovoltaica con almacenamiento en baterías LiFePO4, permitiendo más de dos horas de operación continua y una mayor autonomía bajo condiciones solares favorables. Para la detección de residuos se desarrolló un subsistema de visión artificial basado en técnicas de procesamiento de imágenes, alcanzando precisiones cercanas al 90% bajo condiciones de iluminación adecuadas. Finalmente, un análisis técnico–económico de- muestra que el prototipo ofrece funcionalidades comparables a robots comerciales de limpieza de playas, pero con un costo significativamente menor, lo que respalda su viabil- idad como una solución tecnológica accesible para la gestión ambiental costera.

Trabajo de grado -- Facultad de Ingeniería