Automatización de estructuras de protección abatibles en tractores agrícolas y desarrollo de simulador con realidad virtual inmersiva para formación e investigación de accidentes

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El vuelco de tractores es la principal causa de muerte en la agricultura. En USA, cerca del 50% de estas muertes provienen de vuelcos (HOSTA, 2004). En Australia, entre 2004–2007 se produjeron 65 accidentes, de lo...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Ojados González, Dolores
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2018
País:España
Institución:Universidad Politécnica de Cartagena(UPCT)
Repositorio:Repositorio Digital UPCT
OAI Identifier:oai:repositorio.upct.es:10317/10375
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10317/10375
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Maquinaria industrial
Maquinaria agropecuaria
Mecanización agrícola
Diseño de máquinas
Ingeniería Agroforestal
3310.02 Maquinaria Industrial
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description [SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El vuelco de tractores es la principal causa de muerte en la agricultura. En USA, cerca del 50% de estas muertes provienen de vuelcos (HOSTA, 2004). En Australia, entre 2004–2007 se produjeron 65 accidentes, de los que 17 fueron mortales (26%) por vuelco (SWA, 2011). Una encuesta de la Comisión Europea revela que en el 40% de los casos, las lesiones y muertes graves durante los vuelcos de tractor ocurrieron cuando la ROPS no iba desplegada (Hoy, 2009). En España, entre 2004-2008, el vuelco representa el 70% de las muertes (Arana et al., 2010). En Murcia, entre 2005-2012 se produjeron 44 vuelcos de tractor, 29 mortales; en el 77% de los accidentes el tractor llevaba arco de seguridad (ROPS) homologado, pero abatida con el conductor desprotegido (Martín Górriz et al., 2012). Los objetivos de esta tesis se resumen en: Diseñar, calcular, prototipar y ensayar un dispositivo de accionamiento automático de estructuras de protección abatibles en tractores agrícolas y desarrollar un simulador de conducción con realidad virtual inmersiva para el entrenamiento de tractoristas. Los resultados alcanzados en la tesis se concretan en: Patente-ES2452489. Sistema de protección antivuelco para vehículos agrícolas. Propuesta de diseño y construcción de una estructura de protección desplegable automáticamente. El prototipo, denominado HydraROPS, presenta dos niveles para la elevación del arco de seguridad plegable. En el primer nivel, el conductor decide cambiar la posición del arco de seguridad utilizando el dispositivo. En el segundo nivel, la activación se realiza sin su intervención. En caso de vuelco, se envía un mensaje con la ubicación GPS a emergencias. La ROPS se activa con la hidráulica del tractor. Para aumentar la velocidad de despliegue se incluyó un acumulador de presión. Desarrollo de un sistema hidráulico automático para el despliegue del arco de seguridad en tractores agrícolas Los vuelcos del tractor están relacionados con sus dimensiones, centro de gravedad, velocidad, radio de giro y terreno. La estabilidad se puede clasificar en estática y dinámica. Para automatizar el control de la ROPS se emplea primero un índice de estabilidad basado en la estática. Se utilizó el modelo propuesto por Liu y Ayers (1998): índice de estabilidad calculado combinando el ángulo lateral y frontal (SICOM). Después se introdujo la componente dinámica para el cálculo de la estabilidad. Se ensayó el tiempo de despliegue. El uso de un acumulador de presión redujo el tiempo en un 71%. El sistema electrónico predice correctamente el vuelco; cuando el índice de estabilidad está por debajo de 0.4, activa una señal acústica, cuando está por debajo de 0.2 despliega el arco. En caso de accidente, envía ubicación a emergencias. Se registra la información útil para reconstruir el accidente. HydraROPS es compatible con estructuras certificadas de protección. El tiempo de despliegue conseguido (<0,4s), es inferior al tiempo de vuelco. Desarrollo y evaluación de un simulador de conducción de tractores basado en la realidad virtual inmersiva para entrenar y evitar riesgos laborales. Para el diseño paramétrico del tractor y sus componentes se empleó el software CAD Solidworks. Se modelaron, ensamblaron y parametrizaron los componentes clave respetando sus especificaciones técnicas. Se aplicaron texturas y renderizado. Se calcularon las propiedades físicas (masa, centro de gravedad y momento de inercia) de los componentes para asegurar un comportamiento semejante al verdadero. Este proceso se realizó para 45 componentes clave, y para HydraRops. Diseño del escenario para conducción virtual. El programa de RV empleado fue Unity 5 y su motor de física de NVIDIA-PhysX y audio en 3D. La ruta se inicia en un cobertizo, se accede a una carretera principal, continúa por una secundaria hacia un cultivo de naranjos, pasa a otro de vid en espaldera y se accede a un invernadero. Al salir se accede a cultivos arbóreos en terrazas, subiendo y bajando. Si no hay riesgo de vuelco se puede mantener la ROPS en horizontal para evitar dañar los árboles. El escenario programado mide: Tiempo de conducción; tiempo detenido; fallos de colocación de ROPS; y Plano 2D resumen. Plataforma de simulación de movimiento Utiliza tres motores eléctricos, consigue 3 grados de libertad. Proporciona ±12° de movimientos pitch(delante-atrás) y roll(izquierda-derecha) y 100mm en vertical. Se puede emplear una pantalla o unas gafas de realidad virtual inmersiva (Oculus Rift). Sistema de sonido envolvente. Un cinturón de seguridad previene caídas. Se fabricó un simulador de conducción de tractor en RV Inmersiva para formación PRL en entornos de trabajo. El simulador se probó sobre una muestra de 127 personas y aportó las conclusiones: • Los participantes con conocimientos en PRL cometieron menos errores en el despliegue de la ROPS. • La percepción del riesgo y la seguridad aumentó después de la experiencia y de forma más significativa para los que no eran usuarios frecuentes de tractores. • Para los participantes, el uso de este simulador ayuda a conducir con mayor seguridad. • Los participantes consideraron la formación/capacitación muy positiva.
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En Murcia, entre 2005-2012 se produjeron 44 vuelcos de tractor, 29 mortales; en el 77% de los accidentes el tractor llevaba arco de seguridad (ROPS) homologado, pero abatida con el conductor desprotegido (Martín Górriz et al., 2012). Los objetivos de esta tesis se resumen en: Diseñar, calcular, prototipar y ensayar un dispositivo de accionamiento automático de estructuras de protección abatibles en tractores agrícolas y desarrollar un simulador de conducción con realidad virtual inmersiva para el entrenamiento de tractoristas. Los resultados alcanzados en la tesis se concretan en: Patente-ES2452489. Sistema de protección antivuelco para vehículos agrícolas. Propuesta de diseño y construcción de una estructura de protección desplegable automáticamente. El prototipo, denominado HydraROPS, presenta dos niveles para la elevación del arco de seguridad plegable. En el primer nivel, el conductor decide cambiar la posición del arco de seguridad utilizando el dispositivo. En el segundo nivel, la activación se realiza sin su intervención. En caso de vuelco, se envía un mensaje con la ubicación GPS a emergencias. La ROPS se activa con la hidráulica del tractor. Para aumentar la velocidad de despliegue se incluyó un acumulador de presión. Desarrollo de un sistema hidráulico automático para el despliegue del arco de seguridad en tractores agrícolas Los vuelcos del tractor están relacionados con sus dimensiones, centro de gravedad, velocidad, radio de giro y terreno. La estabilidad se puede clasificar en estática y dinámica. Para automatizar el control de la ROPS se emplea primero un índice de estabilidad basado en la estática. Se utilizó el modelo propuesto por Liu y Ayers (1998): índice de estabilidad calculado combinando el ángulo lateral y frontal (SICOM). Después se introdujo la componente dinámica para el cálculo de la estabilidad. Se ensayó el tiempo de despliegue. El uso de un acumulador de presión redujo el tiempo en un 71%. El sistema electrónico predice correctamente el vuelco; cuando el índice de estabilidad está por debajo de 0.4, activa una señal acústica, cuando está por debajo de 0.2 despliega el arco. En caso de accidente, envía ubicación a emergencias. Se registra la información útil para reconstruir el accidente. HydraROPS es compatible con estructuras certificadas de protección. El tiempo de despliegue conseguido (<0,4s), es inferior al tiempo de vuelco. Desarrollo y evaluación de un simulador de conducción de tractores basado en la realidad virtual inmersiva para entrenar y evitar riesgos laborales. Para el diseño paramétrico del tractor y sus componentes se empleó el software CAD Solidworks. Se modelaron, ensamblaron y parametrizaron los componentes clave respetando sus especificaciones técnicas. Se aplicaron texturas y renderizado. Se calcularon las propiedades físicas (masa, centro de gravedad y momento de inercia) de los componentes para asegurar un comportamiento semejante al verdadero. Este proceso se realizó para 45 componentes clave, y para HydraRops. Diseño del escenario para conducción virtual. El programa de RV empleado fue Unity 5 y su motor de física de NVIDIA-PhysX y audio en 3D. La ruta se inicia en un cobertizo, se accede a una carretera principal, continúa por una secundaria hacia un cultivo de naranjos, pasa a otro de vid en espaldera y se accede a un invernadero. Al salir se accede a cultivos arbóreos en terrazas, subiendo y bajando. Si no hay riesgo de vuelco se puede mantener la ROPS en horizontal para evitar dañar los árboles. El escenario programado mide: Tiempo de conducción; tiempo detenido; fallos de colocación de ROPS; y Plano 2D resumen. Plataforma de simulación de movimiento Utiliza tres motores eléctricos, consigue 3 grados de libertad. Proporciona ±12° de movimientos pitch(delante-atrás) y roll(izquierda-derecha) y 100mm en vertical. Se puede emplear una pantalla o unas gafas de realidad virtual inmersiva (Oculus Rift). Sistema de sonido envolvente. Un cinturón de seguridad previene caídas. Se fabricó un simulador de conducción de tractor en RV Inmersiva para formación PRL en entornos de trabajo. El simulador se probó sobre una muestra de 127 personas y aportó las conclusiones: • Los participantes con conocimientos en PRL cometieron menos errores en el despliegue de la ROPS. • La percepción del riesgo y la seguridad aumentó después de la experiencia y de forma más significativa para los que no eran usuarios frecuentes de tractores. • Para los participantes, el uso de este simulador ayuda a conducir con mayor seguridad. • Los participantes consideraron la formación/capacitación muy positiva.[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication.Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. La patente y los artículos que constituyen la tesis son los siguientes: 1. Ibarra Berrocal, I. Martín Górriz, B. Miguel Hernández, B., Ojados González, D., Caro García, F., Morales Sánchez, P., Morente Sánchez, A. 2014. Sistema de protección antivuelco para vehículos agrícolas. PATENTE DE INVENCIÓN, Número de publicación OEPM: 2452489, Fecha entrada: 13.03.2014, Fecha de presentación: 13.03.2014, Fecha publicación: 01.04.2014 Número de publicación: ES2452489. CIP INVENCIÓN PUBLICACIÓN: B60R 21/13. 2. D. Ojados González, B. Martín‐Górriz, I. Ibarra Berrocal, F. Caro García, P. Morales Sánchez, B. Miguel Hernández. 2016. Development of an automatically deployable roll over protective structure for agricultural tractors based on hydraulic power: Prototype and first tests. Computers and Electronics in Agriculture, 124: 46‐54. 3. D. Ojados González, B. Martín‐Górriz, I. Ibarra Berrocal, A. Macián Morales, G. Adolfo Salcedo, B. Miguel Hernández. 2017 Development and assessment of a tractor driving simulator with immersive virtual reality for training to avoid occupational hazards. Computers and Electronics in Agriculture, 143: 111‐118.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (TAIDA)Martín Górriz, BernardoIbarra Berrocal, Isidro Jesús2021202120182018info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10317/10375reponame:Repositorio Digital UPCTinstname:Universidad Politécnica de Cartagena(UPCT)Españolhttp://hdl.handle.net/10317/10377http://hdl.handle.net/10317/10378http://hdl.handle.net/10317/5511Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 Españahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/http://hdl.handle.net/10317/5511info:eu-repo/semantics/openAccessoai:repositorio.upct.es:10317/103752026-05-15T06:39:02Z
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