Diseño e implementación de manipulador automático en plataforma flotante de comederos para el estudio de camarones en etapa de engorde

Abstract

En este trabajo se desarrolla un manipulador automático de platos de alimentación para camarones en etapa de engorde, diseñado para reducir la intervención humana en los estanques y reducir el desperdicio de alimento. El prototipo se diseñó en Autodesk Inventor, donde se realizaron simulaciones de cargas y fuerzas para garantizar su estabilidad estructural, y se construyó aplicando la metodología combinada VDI 2206 y Pahl & Beitz en la selección de materiales y componentes. El sistema de actuación se basa en un motor DC de alta reducción, además de, dos motores con antiretorno controlados mediante drivers, y cuenta con sensores ópticos, finales de carrera y sensores de corriente, que facilitan el control en entornos acuáticos con condiciones dinámicas. Se compara varios esquemas de control como controladores PD, control on–off, técnicas de ajuste de ganancias y control difuso, permitiendo adaptar los parámetros del sistema de acuerdo con el medio, entre aire y agua, y el peso del alimento transportado. La integración del manipulador con una plataforma flotante y un dosificador de precisión fue validada mediante simulaciones en un entorno representativo de una piscigranja, considerando perturbaciones asociadas a la elevación de la bandeja dosificadora y las transiciones entre medios. El algoritmo robusto, implementado en el NI myRIO1900, permite al sistema ajustarse a variaciones de carga y condiciones operativas. Los resultados evidencian que el enfoque basado en ajuste difuso de ganancias mejora tanto la precisión del posicionamiento como la estabilidad operativa, reduciendo la dispersión del alimento y asegurando un funcionamiento continuo y robusto para aplicaciones en acuicultura inteligente.

In this work, an automatic feeding plate manipulator for fattening-stage shrimp is developed to reduce human intervention in ponds and minimize feed wastage. The prototype was designed in Autodesk Inventor, where load and force simulations ensured structural stability, and it was constructed using the integrated methodology of VDI 2206 and Pahl & Beitz for material and component selection. The actuation system is based on a high-reduction DC motor complemented by two backdrivable motors controlled via drivers, and it incorporates various sensors—optical encoders, limit switches, and current sensors—that enable reliable operation in dynamic aquatic environments. Several control schemes, including PD controllers, on–off control, gain scheduling techniques, and fuzzy control, were compared to adapt the system parameters according to the medium (air/water) and the weight of the transported feed. The manipulator’s integration with a floating platform and a precision dispenser was validated through simulations in an aquaculture environment, taking into account disturbances associated with the elevation of the dosing tray and transitions between media. A robust algorithm implemented on the NI myRIO-1900 allows the system to adjust to variations in load and operating conditions. The results demonstrate that the fuzzy gain scheduling approach enhances both positioning accuracy and operational stability, reducing feed dispersion and ensuring continuous, robust performance for intelligent aquaculture applications.