Ortiz Vargas_Haider_Camilo_2020

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DISPOSITIVO ROBÓTICO MÓVIL PARA LA SIEMBRA, RIEGO Y 
FERTILIZACIÓN DE HORTALIZAS EN LOS LABORATORIOS 
CAMPUS CHÍA DEL PROGRAMA DE BIOINGENIERÍA 
 
 
 
 
 
 
 
 
AUTORES: 
HAIDER CAMILO ORTIZ VARGAS 
MANUEL STEVEN BALLESTEROS MORENO 
REALIZADO CON LA DIRECCIÓN DE: 
HERNANDO EFRAÍN LEÓN RODRÍGUEZ 
 
 
 
UNIVERSIDAD EL BOSQUE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
DICIEMBRE, 2020
 
UNIVERSIDAD EL BOSQUE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
 
ÁREA DE ÉNFASIS: INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
 
 
DISPOSITIVO ROBÓTICO MÓVIL PARA LA SIEMBRA, RIEGO Y 
FERTILIZACIÓN DE HORTALIZAS EN LOS LABORATORIOS 
CAMPUS CHÍA DEL PROGRAMA DE BIOINGENIERÍA 
 
 
 
 
AUTORES: 
 
HAIDER CAMILO ORTIZ VARGAS 
MANUEL STEVEN BALLESTEROS MORENO 
REALIZADO CON LA DIRECCIÓN DE: 
HERNANDO EFRAÍN LEÓN RODRÍGUEZ 
 
NOTA DE SALVEDAD 
Según el artículo 37 del 14 de diciembre de 1989 del acuerdo 017, “La Universidad El 
Bosque, no se hace responsable de los conceptos emitidos por los investigadores en su trabajo, 
solo velará por el rigor científico, metodológico y ético del mismo en aras de la búsqueda de la 
verdad y la justicia”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
A Dios por habernos guiado siempre en este proceso. A nuestros padres por su amor, 
dedicación, palabras de aliento y apoyo incondicional a pesar de las adversidades. A nuestros 
hermanos por su apoyo, colaboración y entrega. A todas las personas que han contribuido al 
proceso de culminar este camino que no siempre ha sido fácil. Agradecerle al ingeniero y 
profesor Hernando Efrain Leon, por todo su apoyo, tiempo y dedicación en este camino. 
Gracias por confiar en nuestro proyecto y en nosotros desde el primer momento, gracias por 
toda la paciencia entregada en este camino, por ser nuestro director, profesor y un excelente 
ser humano. A nuestros jurados de tesis Michael Jacques Albert y Ariza Guerrero Holman que 
a pesar de sus exigencias nos retaron a ser cada día mejores, gracias por todo el cariño y por 
toda la paciencia entregada en este proceso. 
A cada uno de los docentes del pregrado quienes con su calidad humana y conocimientos 
aportaron a lo largo del pregrado. 
A todos y cada uno de los colaboradores en nuestro proyecto quienes realizaron aportes 
significativos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMEN 
Los estudiantes del Programa de Bioingeniería de la Universidad El Bosque presentan carencia de 
dispositivos de control al momento de cultivar hortalizas, la finalidad o el desarrollo de este proyecto es 
que puedan automatizar algunas funciones y/o tareas como son la siembra, riego y fertilización de 
hortalizas al momento de cultivar, pues se busca poder comparar la productividad de actividades 
realizadas con dispositivos automatizados y con procedimientos manuales, además el proyecto del 
Programa tiene como fin mejorar y optimizar la cantidad y calidad de las cosechas en el cultivo, 
economizando la mayor cantidad de agua, fertilizantes y químicos suministrados a los campos cultivados, 
para controlar el gasto desmedido de recursos, por lo cual cumplimos con el objetivo de semi-
automatizar el proceso de siembra, riego y fertilización, las pruebas no se pudieron realizar en el campus 
de chía debido a la emergencia sanitaria, pero con las pruebas realizadas se puedo llegar a la conclusión 
de que es un dispositivo que va ayudar al programada de bioingeniería para hacer estudios a futuro. 
Palabras claves: Farmbot, Automatizar, Cultivos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
The students of the Bioengineering Program at El Bosque University have a lack of control devices 
when growing vegetables, the purpose or development of this project is that they can automate some 
functions and / or tasks such as planting, irrigation and fertilization of vegetables at the time of 
cultivation, since it seeks to be able to compare the productivity of activities carried out with automated 
devices and with manual procedures, in addition the Program project aims to improve and optimize the 
quantity and quality of crops in the crop, saving the greatest amount of water, fertilizers and chemicals 
supplied to the cultivated fields, to control the excessive expenditure of resources, for which we fulfilled 
the objective of semi-automating the sowing, irrigation and fertilization process, the tests could not be 
carried out on the campus of Chia due to the health emergency, but with the tests carried out I can 
reach the conclusion that it is a device that will help the bioengineering programmer to do future studies. 
Keywords: Farmbot, Automate, Crops 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla de contenido 
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 1 
2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .............................................................. 1 
 2.1 Contexto ...................................................................................... 1 
 2.2. Manifestación................................................................................ 2 
 2.3. Causas ......................................................................................... 2 
 2.4 Efectos ........................................................................................ 2 
 2.5 Aspectos a solucionar ................................................................... 2 
 2.6 Justificación del proyecto .............................................................. 3 
 2.7 Propuesta de solución ................................................................... 3 
3. OBJETIVOS ....................................................................................... 3 
 3.1 Objetivo general .......................................................................... 3 
 3.2 Objetivos específicos .................................................................... 3 
4. REQUERIMIENTOS ............................................................................ 4 
 4.1 Requerimientos funcionales ........................................................... 4 
 4.2 Requerimientos de Calidad ............................................................ 5 
 4.3 Requerimientos Restrictivos ........................................................... 5 
5. PLAN DE PRUEBAS ............................................................................ 7 
6. METODOLOGÍA ............................................................................... 13 
7. RECURSOS NECESARIOS .................................................................. 13 
 7.1 Recursos de tiempo.................................................................... 13 
 7.2 Recursos humanos - Financiación ................................................ 13 
 7.3 Recursos técnicos ...................................................................... 13 
 7.4 Recursos materiales ................................................................... 14 
 7.5 Recursos de financiación ............................................................ 14 
8. ESTADO DEL ARTE .......................................................................... 14 
 8.1 Bases teóricas ........................................................................... 14 
 8.2 Tecnología ................................................................................ 16 
9. DISEÑO FUNCIONAL ........................................................................ 209.1 Caja negra con entradas y salidas ............................................ 20 
 9.2 Alternativa de diseño 1 ............................................................ 21 
 9.3 Nombre de señales entre subsistemas ...................................... 22 
 9.4 Funciones de cada subsistema ................................................. 22 
 9.5 Alternativa de diseño 2 ............................................................ 24 
 9.6. Nombre de señales entre subsistemas ...................................... 24 
 9.7 Funciones de cada subsistema ................................................. 25 
 9.8 Selección de alternativa ........................................................... 26 
10. DISEÑO DETALLADO ....................................................................... 27 
 10.1 Subsistema interfaz gráfica [B1] ............................................... 27 
 10.2 Requerimientos de los subsistemas ........................................... 33 
 10.3 Funciones, entradas y salidas subsistema .................................. 37 
 10.4 Diseño del subsistema ............................................................. 44 
 10.5 Diagrama esquemático de subsistemas ..................................... 55 
 10.6 Esquemático del sistema .......................................................... 63 
11. PLAN PRUEBAS DEL SISTEMA ........................................................... 64 
 11.1 Protocolo de pruebas ............................................................... 64 
 11.2 Planes de pruebas ................................................................... 64 
 11.2.1 Plan de pruebas de subsistemas ........................................ 64 
 11.2.2 Plan de pruebas del sistema .............................................. 69 
12. DISEÑO INDUSTRIAL ....................................................................... 71 
 12.1 Conceptualización y definición del proyecto ............................... 71 
 12.2 Casos de uso .......................................................................... 72 
 12.3 Casos de uso Atípicos .............................................................. 74 
 12.4 Requerimientos Industriales ..................................................... 74 
 12.5 Requerimientos de Uso y Función ............................................. 75 
 12.5.1 Practicidad ...................................................................... 75 
 12.5.2 Convivencia ..................................................................... 75 
 12.5.3 Seguridad ........................................................................ 75
 
 12.5.4 Mantenimiento ................................................................. 75 
 12.5.5 Reparación ...................................................................... 75 
 12.5.6 Manipulación ................................................................... 76 
 12.5.7 Antropometría ................................................................. 76 
 12.5.8 Ergonomía ....................................................................... 76 
 12.5.9 Percepción ...................................................................... 76 
 12.5.10 Mecanismo ...................................................................... 76 
 12.5.11 Acabado ......................................................................... 76 
 12.6 Requerimientos de producción ................................................... 76 
 12.7 Requerimientos Técnico-Productivos .......................................... 76 
 12.8 Requerimientos estéticos y de identificación ............................... 77 
 12.9 Materiales, Procesos y Normativas ............................................. 77 
 12.10 Materiales ................................................................................ 77 
 12.11 Procesos .................................................................................. 83 
 12.12 Planificación de la producción .................................................... 83 
 12.13 Evaluación y presentación alternativa final ................................. 85 
 12.14 Diseño detallado ...................................................................... 87 
 12.14.1 Selección de materiales .................................................... 87 
 12.14.2 Estructura de soporte ....................................................... 87 
 12.14.3 Transmisión de ejes ......................................................... 87 
 12.14.4 Materiales utilizados en el dispositivo de riego y fertilización de 
semillas: 88 
 12.14.5 especificaciones técnicas de proveedores: ......................... 88 
 12.14.6 Selección de sistemas mecánicas ..................................... 89 
 12.14.7 Definición de componentes principales ............................. 90 
 12.14.8 Aplicación de normativas ................................................. 90 
13. IMPLEMENTACIÓN .......................................................................... 92 
 13.1 Implementación de subsistemas interfaz gráfica ......................... 92 
 13.2 Implementación subsistema controlador ..................................... 92 
 13.3 Implementación subsistema sensores ........................................ 96
 
 13.4 Implementación subsistema motores x, y, z ................................ 99 
 13.5 Implementación del sistema...................................................... 101 
14. PRUEBAS DEL SISTEMA .................................................................. 103 
15. AJUSTES ........................................................................................ 110 
16. MANUALES ..................................................................................... 110 
17. RESULTADOS ................................................................................. 111 
 17.1 Resultados subsistemas ........................................................... 111 
 17.2 Resultados del sistema ............................................................ 113 
18 DISCUSIÓN .................................................................................... 114 
19 CONCLUSIONES ............................................................................. 115 
20. REFERENCIAS DOCUMENTALES ....................................................... 116 
20 ANEXOS ......................................................................................... 117 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de figuras 
 
Figura 1 Laboratorios del Programa de Bioingeniería en el campus de chía de la 
universidad El Bosque. ........................................................................................... 1 
Figura 2 Funcionamiento de sistema con su estrada y salida. ................................... 4 
Figura 3 estructura mecánica Farmbot; fuente [1] ................................................. 15 
Figura 4 Campo de hortalizas; fuente [2] .............................................................. 17 
Figura 5 Prototipo farmbot; fuente [1] .................................................................. 18 
Figura 6 Entradas y salidas de la caja negra .......................................................... 20 
Figura7 Alternativa de diseño 1 del sistema ......................................................... 21 
Figura 8 Diseño Funcional del dispositivo móvil para siembra riego y fertilización de 
semillas. ............................................................................................................. 22 
Figura 9 Selección alternativa 2 de diseño ............................................................. 24 
Figura 10 Diseño Funcional del dispositivo móvil ................................................... 24 
Figura 11 Diseño funcional del sistema robótico móvil de siembra riego y fertilización 
de hortalizas. ...................................................................................................... 26 
Figura 12 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 27 
Figura 13 Subsistema con su respectivas entradas y salidas ................................... 28 
Figura 14 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 29 
Figura 15 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 30 
Figura 16 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 30 
Figura 17 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 31 
Figura 18 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 31 
Figura 19 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 32 
Figura 20 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 32 
Figura 21 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 33 
Figura 22 Subsistema con su respectiva entrada y salida. ...................................... 33 
Figura 23 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 37 
Figura 24 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 38 
Figura 25 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 39 
Figura 26 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 39 
Figura 27 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 40 
Figura 28 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 40 
Figura 29 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 41 
Figura 30 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 41 
Figura 31 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 42 
Figura 32 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 42 
Figura 33 Subsistema identificando los componentes del mismo ............................. 43 
Figura 34 sensor Ultrasonido HC-SR04 con sus respectivas entradas y salidas ......... 49 
Figura 35 sensor infrarrojo con sus respectivas entradas y salidas .......................... 51
file:///C:/Users/MANUEL/Desktop/UEB/Proyecto%20II/PI-640.docx%23_Toc57925805
file:///C:/Users/MANUEL/Desktop/UEB/Proyecto%20II/PI-640.docx%23_Toc57925805
 
Figura 36 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 55 
Figura 37 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 55 
Figura 38 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 56 
Figura 39 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 56 
Figura 40 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 57 
Figura 41 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 58 
Figura 42 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 59 
Figura 43 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 60 
Figura 44 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 61 
Figura 45 Conexión de los componentes del subsistema ........................................ 62 
Figura 46 Esquemático del sistema ....................................................................... 63 
Figura 47 Prototipo mecánico ............................................................................... 71 
Figura 48 Laboratorios del Programa de Bioingeniería en el campus de chía............ 75 
Figura 49 tubo cuadrado acero inoxidable ............................................................. 77 
Figura 50 Medición de tipo de unión ..................................................................... 78 
Figura 51 Perfiles de aluminio .............................................................................. 79 
Figura 52 Adaptación del perfil ............................................................................. 79 
Figura 53 Tubo cuadrado de aluminio bruto 20x20x1mm. ...................................... 80 
Figura 54 Modelado de prototipo .......................................................................... 81 
Figura 55 Transmisión lineal ................................................................................. 81 
Figura 56 Transmisores ....................................................................................... 82 
Figura 57 Modelo conceptual de un sistema de transmisión por cadena. ................. 82 
Figura 58 Diseño 1 .............................................................................................. 84 
Figura 59 Diseño 2 .............................................................................................. 85 
Figura 60 Selección de alternativa de diseño ......................................................... 85 
Figura 61 Realización de diseño escogido .............................................................. 86 
Figura 62 Espacio para el prototipo ...................................................................... 86 
Figura 63 Estructura de soporte ........................................................................... 87 
Figura 64 Transmisión de ejes .............................................................................. 88 
Figura 65 Especificaciones de proveedor. .............................................................. 88 
Figura 66 Rodamiento ......................................................................................... 89 
Figura 67 Diseño de material escogido .................................................................. 90 
Figura 68 Ventana de comandos para la ejecución de la distancia eje X, Y, Z .......... 92 
Figura 69 Sistema de control del dispositivo robótico móvil autónomo .................... 93 
Figura 70 Esquema de control de los motores paso a paso .................................... 93 
Figura 71 montaje sistema de control (Arduino, rasberry y drivers de potencia). .... 93 
Figura 72 PCB tarjeta de control ........................................................................... 94 
Figura 73 Tarjeta de control con los componentes. ................................................ 94 
Figura 74 gabinete de espacio de trabajo eléctrico y electrónico ............................. 95 
Figura 75 Sensor en el contenedor de agua y fertilizante ....................................... 96 
Figura 76 Bomba de agua y fertilizante ................................................................. 97
file:///C:/Users/MANUEL/Desktop/UEB/Proyecto%20II/PI-640.docx%23_Toc57925866
 
Figura 77 Modelado de sistema que dejara pasar semillas. ..................................... 97 
Figura 78 Resultado final ..................................................................................... 98 
Figura 79 Sensor en el contenedor de semillas ...................................................... 98 
Figura 80 Sensor detector de superficie ................................................................99 
Figura 81 Motor eje x .......................................................................................... 99 
Figura 82 Motor eje y ........................................................................................ 100 
Figura 83 Motor eje z ........................................................................................ 100 
Figura 84 Relés y contactores instalados. ............................................................ 101 
Figura 85 Tarjeta de control en el gabinete ......................................................... 101 
Figura 86 Instalación de motor que moverá la maquina ....................................... 102 
Figura 87 Estructura completa del dispositivo de siembra riego y fertilización de semillas
 ........................................................................................................................ 102 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de tablas 
 
Tabla 1 Plan de pruebas ........................................................................................ 7 
Tabla 2 Formulario prueba 1 .................................................................................. 9 
Tabla 3 Datos relacionados con la prueba 1 ............................................................ 9 
Tabla 4 Formulario prueba 2 ................................................................................ 10 
Tabla 5 Datos relacionados con la prueba 2 .......................................................... 10 
Tabla 6 Formulario prueba 3 ................................................................................ 11 
Tabla 7 Datos relacionados con la prueba 3 .......................................................... 11 
Tabla 8 Formulario prueba 4 ................................................................................ 12 
Tabla 9 Opciones de Tecnología (Motor paso a paso) ............................................ 44 
Tabla 10 Opciones de Tecnología (driver de potencia) ........................................... 45 
Tabla 11 Opciones de Tecnología (Motor paso a paso) .......................................... 46 
Tabla 12 Opciones de Tecnología (Motor paso a paso) .......................................... 47 
Tabla 13 Opciones de Tecnología (Motor paso a paso) .......................................... 48 
Tabla 14 Opciones de Tecnología (Sensor de proximidad) ...................................... 49 
Tabla 15 Opciones de Tecnología (Sensor de proximidad) ...................................... 50 
Tabla 16 Opciones de Tecnología (Sensor de flujo de agua) ................................... 51 
Tabla 17 Opciones de Tecnología (Sensor flotador) ............................................... 52 
Tabla 18 Opciones de Tecnología (Sensor de flujo de agua) ................................... 53 
Tabla 19 Opciones de Tecnología (Sensor flotador) ............................................... 54 
Tabla 20 Plan de pruebas subsistema interfaz grafica ............................................ 64 
Tabla 21 Plan de pruebas subsistema controlador ................................................. 65 
Tabla 22 Plan de pruebas subsistema eje x ........................................................... 65 
Tabla 23 Plan de pruebas subsistema eje y ........................................................... 66 
Tabla 24 Plan de pruebas subsistema eje z ........................................................... 66 
Tabla 25 Plan de pruebas subsistema detector de superficie .................................. 67 
Tabla 26 Plan de pruebas subsistema contenedor de semillas ................................ 67 
Tabla 27 Plan de pruebas subsistema contenedor de agua ..................................... 68 
Tabla 28 Plan de pruebas subsistema flujo de agua ............................................... 68 
Tabla 29 Plan de pruebas subsistema cantidad de fertilizante................................. 69 
Tabla 30 Plan de pruebas subsistema flujo de fertilizante ....................................... 69 
Tabla 31 Plan de pruebas del sistema sembrado ................................................... 69 
Tabla 32 Plan de pruebas del sistema contenedores, flujo de agua y fertilizante...... 70 
Tabla 33 Plan de pruebas del sistema recorrido del dispositivo ............................... 70 
Tabla 34 Plan de pruebas subsistema interfaz grafica .......................................... 103 
Tabla 35 Plan de pruebas subsistema controlador ............................................... 103 
Tabla 36 Plan de pruebas subsistema eje x ......................................................... 104 
Tabla 37 Plan de pruebas subsistema eje y ......................................................... 104 
Tabla 38 Plan de pruebas subsistema eje z ......................................................... 105
 
Tabla 39 Plan de pruebas subsistema detector de superficie ................................ 105 
Tabla 40 Plan de pruebas subsistema contenedor de semillas .............................. 106 
Tabla 41 Plan de pruebas subsistema contenedor de agua ................................... 106 
Tabla 42 Plan de pruebas subsistema flujo de agua ............................................. 107 
Tabla 43 Plan de pruebas subsistema cantidad de fertilizante............................... 107 
Tabla 44 Plan de pruebas subsistema flujo de fertilizante ..................................... 108 
Tabla 45 Plan de pruebas del sistema sembrado ................................................. 108 
Tabla 46 Plan de pruebas del sistema contenedores, flujo de agua y fertilizante.... 109 
Tabla 47 Plan de pruebas del sistema recorrido del dispositivo ............................. 109 
Tabla 48 Resultados interfaz grafica ................................................................... 111 
Tabla 49 Resultados controlador ........................................................................ 111 
Tabla 50 Resultados eje x .................................................................................. 111 
Tabla 51 Resultados eje y .................................................................................. 111 
Tabla 52 Resultados eje z .................................................................................. 112 
Tabla 53 Resultado detector de superficie ........................................................... 112 
Tabla 54 Resultado contenedor de semillas ......................................................... 112 
Tabla 55 Resultado cantidad de agua ................................................................. 112 
Tabla 56 Resultado flujo de agua ....................................................................... 112 
Tabla 57 Resultado cantidad de fertilizante ......................................................... 113 
Tabla 58 Resultado flujo de fertilizante ............................................................... 113 
Tabla 59 Resultado de sistema integrado ............................................................ 113 
Tabla 60 Resultado de sembrado ....................................................................... 113 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
1 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
En este proyecto se plantea una solución de ingeniería para la Programa de Bioingeniería 
en los laboratorios del campus de Chía, donde se presenta un problema que afecta a los 
laboratorios y áreas donde va a hacer el proceso de siembra manual de hortalizas, en este 
laboratorio se presentan desperdicios de agua y de fertilizante al momento que se hace este 
tipo de mantenimiento para el proceso de crecimiento de las hortalizas. Por esta razón se 
propone una solución por medio de un artefacto robótico, donde se podría reducir el tiempo 
de siembra, riego y fertilización. 
2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 
2.1 Contexto 
 
En el programa de Bioingeniería en los laboratorios del campus de Chía (Bogotá,ver en 
figura 1) se requiere una solución para el proceso de cultivo de hortalizas como lo son sembrar, 
regar y fertilizar manualmente y es por esto por lo que se quiere comparar los resultados de la 
operación manual con sistema robotizado. 
 
Figura 1 Laboratorios del Programa de Bioingeniería en el campus de chía de la 
universidad El Bosque. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
2 
 
2.2. Manifestación 
En los laboratorios del Programa de Bioingeniería, ubicados en el campus de Chía 
(Bogotá), presentan carencia de dispositivos de control al momento de cultivar hortalizas, la 
finalidad o el desarrollo de este proyecto es que puedan automatizar algunas funciones y/o 
tareas como son la siembra, riego y fertilización de hortalizas al momento de cultivar, pues se 
busca poder comparar la productividad de actividades realizadas con dispositivos 
automatizados y con procedimientos manuales y además, el proyecto del Programa tiene como 
fin mejorar y optimizar la cantidad y calidad de las cosechas en el cultivo, economizando la 
mayor cantidad de agua, fertilizantes y químicos suministrados a los campos cultivados, para 
controlar el gasto desmedido de recursos. 
Aunque en el mercado existen equipos robotizados para tal fin, sus costos son muy 
elevados y gran parte del equipo quedaría subutilizado en el accionar del laboratorio de 
Bioingeniería por lo que buscar una solución más económica mediante este proyecto podría 
llegar a ser más viable. 
En primer lugar, este proyecto debe mostrar mejoras económicas en los laboratorios de 
Bioingeniería en el campus de Chía, donde se va a implementar. En segundo lugar, al impulsar 
este tipo de proyectos que buscan el crecimiento agropecuario del país, se esperan, en un 
futuro, beneficios económicos en la agricultura colombiana al economizar gastos de electricidad 
(por uso de motobombas), y gasto desmedido del agua y otros recursos. 
2.3. Causas 
 
1. Los laboratorios de Bioingeniería en Chía no disponen de equipos robotizados para la 
siembra, riego y fertilización de hortalizas desarrollados a la medida de sus necesidades 
en la Universidad. 
2. En los laboratorios de Bioingeniería no se encuentra este tipo de sistemas robóticos 
para hacer el proceso al momento de cultivar las semillas de hortalizas. 
3. En los laboratorios de Bioingeniería se puede presentar posibles enfermedades en las 
personas que están manipulando los fertilizantes y/o químicos. 
4. En los laboratorios de Bioingeniería los estudiantes no presentan este tipo de proyectos. 
5. Los laboratorios de Bioingeniería no cuentan con estos sistemas móviles para la siembra 
de semillas de hortalizas. 
2.4 Efectos 
 
6. Retrasos en el cultivo al momento de la siembra de las semillas de hortalizas. 
7. Laceraciones en las manos de los operadores al momento de manipular los químicos. 
8. Los estudiantes de Bioingeniería no pueden realizar prácticas automatizadas de 
siembra, riego y fertilización de hortalizas. 
2.5 Aspectos a solucionar 
 
En los laboratorios del Programa Bioingeniería se presenta la problemática que, al 
momento de cultivar las semillas de hortalizas, se hace de manera manual y así mismo la parte 
de regar y fertilizar. Es por esto, que el Programa de Bioingeniería desea incluir en los 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
3 
 
laboratorios del campus Chía, un sistema robótico móvil para hacer las anteriores tareas 
generando un ahorro en los recursos al momento de hacer el cultivo. 
 
2.6 Justificación del proyecto 
 
El Programa de Bioingeniería quiere que sus egresados sean capaces de facilitar el 
desarrollo y además determinar la eficiencia de la producción agrícola, mejorando y 
optimizando la cantidad y calidad de la cosecha en el cultivo, economizando la cantidad de 
agua, fertilizantes y químicos utilizados para disminuir el gasto desmedido de esos recursos. 
En este sistema robótico móvil de Bajo costo y de Fácil fabricación y además donde se 
quiere que el estudiante tenga una fácil interacción para la enseñanza pedagógica en 
automatización y el control. donde se quiere tener un cultivo con Mayor calidad en el producto 
final de la hortaliza y, además, así poder ofrecer una mejor solución de siembra al campesino. 
2.7 Propuesta de solución 
 
Se presenta como solución un dispositivo robótico móvil para la siembra, riego y 
fertilización de hortalizas en los laboratorios campus chía del programa de bioingeniería. 
 
3. OBJETIVOS 
3.1 Objetivo general 
 
Desarrollar, diseñar, implementar y probar un sistema robótico móvil para la siembra, 
riego y fertilización de hortalizas en el Programa de Bioingeniería en el campus de Chía. 
3.2 Objetivos específicos 
 
1. Diseñar e implementar un sistema robótico móvil para la siembra de hortalizas. 
2. Diseñar sistema de movilidad a través de sistemas mecánicos y programación. 
3. Diseñar e implementar y elaborar manuales de funcionamiento y mantenimiento del 
sistema robótico móvil para siembra riego y fertilización de hortalizas. 
4. Diseñar e Implementar y elaborar plan de pruebas y ajustar el sistema robótico móvil 
para siembra riego y fertilización. 
5. Elaborar plan de pruebas para la parte electrónica y la parte mecánica del sistema 
robótico móvil. 
6. Elaborar sistema de seguridad para la máquina robótica móvil para siembro, riego y 
fertilización de hortalizas. 
7. Desarrollo de sistema de visualización de interfaz gráfica HMI para la siembra, riego y 
fertilización. 
8. Almacenamiento y visualización a base de datos vía web de los parámetros de siembra, 
riego y fertilización del sistema robótico. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
4 
 
9. Diseñar e implementar y elaborar manual de la interfaz gráfica HMI del sistema 
robótico. 
10. Elaborar plan de pruebas del almacenamiento y visualización de la base de datos vía 
web. 
 
4. REQUERIMIENTOS 
 
Se entregará un Sistema robótico móvil para la siembra, riego y fertilización de hortalizas 
para el Programa de Bioingeniería campus de chía. Además, este sistema robótico móvil pueda 
en un futuro almacenar las semillas, el agua y los fertilizantes para la siembra de hortalizas, en 
la figura 2 se identifican las entradas y salidas. 
 
 
Figura 2 Funcionamiento de sistema con su estrada y salida. 
 
4.1 Requerimientos funcionales 
 
1. El sistema se desarrollará con elementos reciclables ya que es un requerimiento 
primordial por parte de la facultad de Bioingeniería. 
2. El sistema Planta las semillas escogidas en el lugar adecuado en un área determinada. 
3. El sistema deberá contar con manuales para la manipulación y operación 
4. El sistema robótico móvil tendrá que sembrar semillas con un espesor entre 1mm 4mm 
5. El sistema robótico semiautomático tendrá unos sensores (finales de carrera) para que 
no se estrelle la estructura en los planos y/o ejes (x, y, z) 
6. El sistema poseerá un sistema de encendido y apagado de la máquina robótica 
semiautomática. 
7. El sistema podrá interpretar modelos cartesianos para la ubicación de la semilla y del 
riego y fertilización. 
8. El sistema podrá sembrar semillas de hortalizas con el método cartesiano en el área 
determinada por la facultad de Bioingeniería 
9. El sistema podrá desplazarse para la siembra de las semillas en 3 dimensiones (X, Y, 
Z). 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
5 
 
10. El sistema tendrá baterías, para el desplazamiento del sistema robótico móvil sembrador 
de semillas de hortalizas. 
11. Las baterías del sistema robótico móvil se podrán recargaron la red de 120 voltios vac. 
4.2 Requerimientos de Calidad 
 
1. El sistema Emplea el agua que exactamente se precisa, sin desperdiciar 
2. El operador tendrá la función de Tabular y llevar los registros y tiempos de siembra y 
de riego,fertilización de la planta, y tendrá un acceso a la base de datos de este 
programa. 
3. El sistema tendrá los siguientes servicios de Siembra, riego y fertilización de dos semillas 
preseleccionadas de hortalizas. 
4. El sistema contara con una interfaz gráfica para la visualización del estado de la 
máquina. 
5. el sistema tendrá un margen de error del 5% al momento de sembrar la semilla en el 
área designada 
6. el sistema debe sembrar 100 semillas por hora 
7. el sistema se programará para que se pueda desplazar en un área determinada por la 
facultad de Bioingeniería. 
 
4.3 Requerimientos Restrictivos 
 
1. el sistema solo podrá desplazarse en un área determinada. 
2. El sistema robótico sólo podrá tener movimiento ya que es la primera fase del proyecto. 
3. El sistema tendrá tres fases de desarrollo (movilidad, instalación del eje z, y la geo 
posición de la máquina en un área determinada). 
4. el sistema robótico se instalará en el campus de chía de la universidad el bosque 
laboratorios Bioingeniería 
5. El peso máximo permitido de la máquina es de 8 kilos incluido-materiales de suministro 
y componentes esenciales del componente 
6. El sistema trabajara 1 hora durante todo el proceso de siembra semillas 
7. La capacidad máxima de este sistema está estimada en 200 gramos para el cargue de 
semilla y el volumen del agua está alrededor de 4 litros de agua. 
8. El agua será almacenada en el mismo sistema para regar al momento de sembrar la 
semilla. 
9. Este equipo tendrá almacenamiento de agua y este recipiente tendrá un volumen 
aproximado alrededor de 4 litros de agua. 
10. Volumen Max de agua con fertilizante de 2 litros 
11. En este equipo y/o sistema los fertilizantes serán diluidos con agua y serán cargados 
en el sistema de riego 
12. Este sistema trabajara en zonas planas en los laboratorios de la facultad de 
Bioingeniería en el campus de chía. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
6 
 
13. Este equipo trabajará 2 veces al año en la parte de siembra y la parte de riego y 
fertilización tendrá una utilidad de dos días durante el proceso de cosecha. 
14. El sistema será manipulado y controlado por un a operador que decidirá el punto de 
partida y además tendrá la decisión de qué tipo de semilla de hortaliza se sembrará 
entre las dos seleccionadas para el sistema 
15. Al sistema se le puede hacer solicitudes de regar y de fertilizar la semilla. 
16. El sistema deberá contar con manuales de mantenimiento y funcionamiento. 
17. El sistema deberá tener una interfaz hombre máquina, en tiempo real. 
18. El sistema robótico móvil trabajara la parte de siembra, riego y de fertilización de estas 
semillas y además en el área especificada por el área de la facultad de Bioingeniería 
19. Las semillas serán almacenadas en el mismo sistema robótico móvil para cumplir con 
la programación de sembrado en el área riego y fertilización de las hortalizas que la 
facultad de Bioingeniería. 
20. El sistema debe contar con las normas seguridad industrial 
21. Este sistema va a contar con un programa y/o software y este tendrá una interfaz 
gráfica donde el operador va a poder seleccionar que tipo de semilla se sembrará en el 
área y además el operador podrá tener acceso a este software. 
22. Este sistema entregará alarmas de riego y siembra y además tendrá un panel de control 
donde el operador escogerá una fecha para la siembra y además se podrá regar, los 
nutrientes a la planta y/o semilla. 
23. Tiempo fuera de servicio estimado del sistema robótico semiautomático para siembra 
de hortalizas se va a realizar al momento que este termine la siembra. 
24. Este equipo tendrá almacenamiento de agua y este recipiente tendrá un volumen 
aproximado alrededor de 4 litros de agua. 
25. Volumen Max de agua con fertilizante de 2 litros 
26. En este equipo y/o sistema los fertilizantes serán diluidos con agua y serán cargados 
en el sistema de riego 
27. Este sistema trabajara en zonas planas en los laboratorios de la facultad de 
Bioingeniería en el campus de chía. 
28. Este equipo trabajará 2 veces al año en la parte de siembra y la parte de riego y 
fertilización tendrá una utilidad de dos días durante el proceso de cosecha. 
29. Los manuales de operación serán de fácil entendimiento. 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
7 
 
5. PLAN DE PRUEBAS 
 
En esta parte del documento de el plan de pruebas del dispositivo de siembra, riego y 
fertilización de semillas se realizará un listado de verificación, en donde se evidenciarán y se 
comprobaran los requerimientos de entrada y salida del dispositivo además se aclara que los 
procedimientos y los instrumentos que se utilizaran para verificar todas las variables que se 
desean medir en el dispositivo. 
En este capítulo del plan de pruebas se comprobará todos los requerimientos que debe 
cumplir el dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas, de cada uno de los elementos 
y/o componentes, ver tabla 1 del plan de pruebas. 
 
Tabla 1 Plan de pruebas 
PLAN DE PRUEBAS MOTOR 
Requerimiento Variable Instrumento de 
medición 
Método Procedimiento 
aprobado y no 
aprobado 
Comentarios 
 pruebas 
Movimiento del 
motor paso a paso 
-precisión en el 
desplazamiento 
-distancia enviada 
desde el programa 
de control 
-motor tiene el 
suficiente torque. 
-velocidad 
adecuada entre 0.4 
m/min- 4.0 m/min 
 
posición 
distancia 
 . tiene que 
medir la 
precisión del 
desplazamie
nto 
.Se verifica 
la posición 
del 
dispositivo si 
está 
cumpliendo 
con las 
ordenes que 
se envían. 
 
PLAN DE PRUEBAS TARJETA DE CONTROL 
Actividad Variable Instrumento de 
medición 
Método Procedimiento 
aprobado y no 
aprobado 
Comentarios 
 pruebas 
tarjeta de control si 
está enviando las 
señales y 
dirección hacia los 
drivers de potencia 
. SEÑALES 
DIGITALES 
OSCILOSCOPI
O 
pines de 
salida del 
Arduino, 
para el pulso 
son los pines 
2,3,4 
y para la 
dirección los 
pines 5,6,7 
y visualizar 
en el 
osciloscopio 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
8 
 
PLAN DE PRUEBAS SENSORES 
Actividad Variable Instrumento de 
medición 
Método Procedimiento 
aprobado y no 
aprobado 
Comentarios 
 pruebas 
Sensores el cual 
tiene que quitar 
totalmente la 
alimentación del 
DISPOSITIVO si 
existe una sobre 
carga o el sistema 
voltios multímetro interruptor el 
paso de 
corriente 
 con un 
multímetro 
el cual me 
va a indicar 
el estado 
abierto o 
 cerrado del 
mismo 
 
PLAN DE PRUEBAS DEL DISPOSITIVO CARTESIANO 
Actividad Variable Instrumento de 
medición 
Método Procedimiento 
aprobado y no 
aprobado 
Comentarios 
 pruebas 
DESPLAZAMIEN
TO DEL 
DISPOSITIVO EN 
TODOS 
LOS EJES (X, Y, 
Z), 
DISTANCIA 
POSICION 
VISUAL precisión del 
desplazamie
nto, 
para esto se 
ejecuta un 
comando 
en el 
programa de 
control. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
9 
 
5.1 PLAN DE PRUEBAS SUBSISTEMAS – FUNCIONALES 
PRUEBA 1. 
- Sistema cargado del subsistema 
OBJETIVO DE LA PRUEBA 
El dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas deberá almacenar agua, semillas 
y fertilizante en tanques ubicados en la estructura del dispositivo para que sea de rápido 
alcance para la persona que va a operar el dispositivo. 
REQUERIMIENTOS DE LA MAQUINA 
A. El dispositivo debe ser cargado en los tanques con agua, fertilizante y semillas 
B. El dispositivo debe contener 2000ml de fertilizante ecológicos para la manipulación del 
operario 
C. El dispositivo debe contener 2000ml de agua 
D. El dispositivo debe contener una cantidad de semillas en el tanque. 
E. El dispositivo tendrá 3 tanques para cargar el sistema 
 
Tabla 2 Formulario prueba 1Tareas a 
realizar 
Estabilidad Accesibilidad Comentario
s 
 Inesta
ble 
Regular Buena Excelente Inestable Regular Buena Excelente 
A X X NA 
B X X NA 
C X X NA 
 
Tabla 3 Datos relacionados con la prueba 1 
REQUERIMIENTO VARIABLE EQUIPO 
MEDICIÓN 
PRUEBA 
MEDICIÓN 
GRUPO DE 
PERSONAS 
RESULTADO 
ESPERADO 
Sensor tanque agua capacidad Sensores de 
nivel 
5 minutos 
1 minuto 
2 40 cm 
20 cm 
Sensor tanque 
fertilizante 
capacidad Sensores de 
nivel 
5 minutos 
1 minuto 
2 40 cm 
20 cm 
Sensor tanque 
semillas 
capacidad Sensores de 
nivel 
5 minutos 
1 minuto 
2 40 cm 
20 cm 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
10 
 
PRUEBA 2. 
- Interfaz gráfica y software IOT del subsistema 
OBJETIVO DE LA PRUEBA 
En el software del dispositivo se Crean usuarios administradores, operativos y súper 
administrador darles permisos para el funcionamiento del software 
 
REQUERIMIENTOS DE LA MAQUINA 
A. el dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas se debe asegurar que sea 
instalado. 
B. El sistema debe tener varios usuarios para la manipulación del software administrador, 
operario, súper administrador. 
C. El sistema enviara notificaciones para cargue delos tanques donde se encuentran las 
semillas, fertilizante y el agua. 
 
Tabla 4 Formulario prueba 2 
Tareas a 
realizar 
Estabilidad Accesibilidad Comentario 
 Inesta
ble 
Regular Buena Excelente Inestable Regular Buena Excelente 
A X X NA 
B X X NA 
C X X NA 
 
Tabla 5 Datos relacionados con la prueba 2 
Requerimiento Variable Equipo 
medición 
Prueba medición Grupo de 
personas 
Resultado 
esperado 
a Protocolo 
socket para la 
comunicación 
na Control remoto 
desde internet que 
el controlador la 
tarjeta esté 
conectada hacia un 
servidor y que se 
pueda manipular 
información 
 
2 Conexión 
esperada 
b Crear 
usuarios 
na Verificar que los 
usuarios creados 
tengan sus 
permisos en el 
software 
2 Creación 
usuarios con 
permisos 
c Notificación 
de alarmas en 
los tanques 
na Verificar que los 
sensores estén en 
buen 
funcionamiento 
2 Notificación 
de alarmas en 
la interfaz 
grafica 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
11 
 
 
PRUEBA 3. 
Verificación en los Movimientos en los ejes (x,y,z) delos subsistemas 
OBJETIVO DE LA PRUEBA 
Se verifica visualmente todos los movimientos del maquina en los ejes (x,y,z), y además 
mediante el software se envía unos comandos para hacer las pruebas de movimiento en los 
ejes (x,y,z). 
REQUERIMIENTOS DE LA MAQUINA 
D. Se verificará en el dispositivo el movimiento en el eje (x) y la verificación de las paradas 
por medio de sensores. 
E. Se verificará en el dispositivo el movimiento en el eje (y) y la verificación de las paradas 
por medio de sensores. 
Se verificará en el dispositivo el movimiento en el eje (z) y la verificación de las paradas 
por medio de sensores. 
Tabla 6 Formulario prueba 3 
Tareas a 
realizar 
Estabilidad Accesibilidad Comentario 
 Inesta
ble 
Regular Buena Excelente Inestable Regular Buena Excelente 
A X X NA 
B X X NA 
C X X NA 
 
Tabla 7 Datos relacionados con la prueba 3 
Requerimiento Variable Equipo medición Prueba 
medición 
Grupo de 
personas 
Resultado 
esperado 
A distancia Flexómetro, regla 2 Distancia 
aprobada 
B distancia Flexómetro, regla 2 Distancia 
aprobada 
C distancia Flexómetro, regla 2 Distancia 
aprobada 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
12 
 
 
PRUEBA 4. 
Se verifica el controlador del subsistema 
OBJETIVO DE LA PRUEBA 
tarjeta de control este enviando las señales de stop y dirección hacia los drivers de 
potencia y los motores tengan un movimiento normal en su ejecución 
REQUERIMIENTOS DE LA MAQUINA 
A. Verificar y hacer pruebas en el osciloscopio en los pines de salida del Arduino, para el 
pulso son los pines 2,3,4. 
B. Verificar la dirección de los pines 5,6,7 y visualizar en el osciloscopio la señal de salida 
C. Verificar el voltaje de la fuente de alimentación para el controlador. 
 
Tabla 8 Formulario prueba 4 
Tareas a 
realizar 
Estabilidad Accesibilidad Comentario 
 Inesta
ble 
Regular Buena Excelente Inestable Regular Buena Excelente 
A X X NA 
B X X NA 
C X X NA 
 
Tabla datos relacionados con la prueba 4 
Requerimiento Variable Equipo medición Prueba 
medición 
Grupo de 
personas 
Resultado 
esperado 
A señales osciloscopio 2 Movimiento 
satisfactorio 
B señales osciloscopio 2 Movimiento 
satisfactorio 
C señales osciloscopio 2 Movimiento 
satisfactorio 
 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
13 
 
 
6. METODOLOGÍA 
 
Revisión del dispositivo de siembra riego y fertilización de semillas se realizará durante el 
trascurso de la investigación, hasta la aprobación del proyecto. 
 
 Diseño del subsistema del dispositivo móvil de siembra riego y fertilización de semillas 
Para esto se deben realizar lo siguiente: 
 
A. Diseñar todo el sistema de acuerdo con los requerimientos de las variables que se deben 
monitorear. 
B. Se debe tener en cuenta al momento de Seleccionar los componentes se debe tener en 
cuenta la durabilidad de dichos componentes, y la disponibilidad de tiempo de entrega 
si el componente lo exige. 
C. Realizar simulaciones del subsistema, esto se realiza para comprobar antes de la 
implementación que todo esté bien. 
D. A través de un software realizar los esquemáticos y el prototipo y Diseñar los circuitos 
a través de un software. 
 
7. RECURSOS NECESARIOS 
 
7.1 Recursos de tiempo 
El tiempo en que se realizará este proyecto será distribuido en dos periodos. En el primer 
periodo se hará el diseño del dispositivo. El segundo periodo refiere a la implementación y las 
pruebas de subsistemas y sistema general del dispositivo de siembra riego y fertilización de 
semillas. 
7.2 Recursos humanos - Financiación 
El proyecto del dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas será desarrollado 
por dos estudiantes del programa de pregrado de Ingeniería Electrónica de la Universidad El 
Bosque. 
los cuales dispondrán del tiempo necesario para el desarrollo del dispositivo asesorados 
por el director y además por la facultad de bioingeniería quien para este efecto es el cliente y 
bajo la supervisión del ingeniero Efraín León, docente de la facultad de Ingeniería Electrónica 
de la Universidad El Bosque 
7.3 Recursos técnicos 
- Dispositivos de medición para la siembra y fertilización de semillas. 
- Dispositivos de calibración 
- Dispositivos de medición de voltaje 
- Dispositivos para el ajuste del dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
14 
 
7.4 Recursos materiales 
En esta parte del documento dispondremos de documentos en la biblioteca Juan Roa 
Vásquez de la Universidad El Bosque, además de documentos disponibles gratuitamente 
proporcionados por páginas web documentación para el dispositivo de siembra, riego y 
fertilización de semillas. 
7.5 Recursos de financiación 
El proyecto del dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas será directamente 
financiado por los estudiantes y el director comprometidos a suministrar aquellos insumos y 
elementos que se utilizaran en el desarrollo de este. 
- Terreno universidad el bosque 
- Implementos tecnológicos por estudiantes y director 
 
8. ESTADO DEL ARTE 
8.1 Bases teóricas 
 
¿qué es un sistema robótico móvil para la siembra, riego y fertilización de 
hortalizas? 
En las casas y zonas urbanas es común la presencia de jardines o huertos con diversos 
cultivos. Según el cultivo se requiere de un seguimiento y exigencia diferente parasu cuidado, 
y de acuerdo con la disponibilidad de tiempo de las personas puede llevar al descuido de la 
planta. Otra realidad es que muchas veces son las personas mayores las que se encargan del 
mantenimiento de los huertos y jardines, complicándose sus labores si adolecen de algunas 
limitaciones motoras. Una solución a este problema es desarrollar un sistema robotizado que 
puede realizar diversas funciones y ejecutar el programa correspondiente según el cultivo 
identificado mediante visión artificial. En este trabajo se implementa un sistema robótico 
basado en una estructura mecánica Farmbot que es un dispositivo open source tanto en 
hardware como en software que permite hacer modificaciones en cualquiera de sus etapas de 
implementación a fin de obtener una versión más eficiente para resolver problemas específicos. 
Primero, se implementa la estructura mecánica y eléctrica del robot asegurándose un 
movimiento suave del mismo. Segundo, se instala el sistema electrónico y de visión artificial, 
calibrándolo y configurándolo tal que permita la comunicación vía internet, control de calidad 
y un adecuado suministro de corriente hacia los motores. Tercero, se diseñan programas de 
trabajo eficientes tal que el robot pueda realizar diferentes funciones agrícolas 
automáticamente ejecutando un mismo programa o reconocer mediante visión artificial un 
cultivo y ejecutar el correspondiente programa al cultivo. Finalmente se muestran diferentes 
aplicaciones en el huerto automatizado. [1], en la figura 3 se puede ver un claro ejemplo de la 
estructura de una farmbot. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
15 
 
 
Figura 3 estructura mecánica Farmbot; fuente [1] 
¿utilidad de los sistemas robóticos móviles para la siembra, riego y fertilización de 
hortalizas? 
La robótica industrial durante la última década ha adquirido mucha importancia en las 
áreas de investigación y desarrollo tecnológico, lo cual la hace muy atractiva para los futuros 
estudiantes y profesionales, pero para implementarla con propiedad y precisión se necesita 
tener conceptos básicos teóricos sobre la robótica y sus partes 
El sector industrial ha sido pionero en la utilización de robots para sustituir o complementar 
la mano de obra humana. En muchas industrias es habitual disponer de robots para realizar 
tareas que requieren de una potencia o precisión especial. [2] 
La tecnología avanza cada día a pasos enormes en diferentes sectores de la vida cotidiana 
como el transporte, la salud, la industria, y la agricultura no es una excepción. La agricultura 
de precisión es la manifestación de la era digital en la producción agraria, la evolución consiste 
en que los agricultores tendrán que familiarizarse con las herramientas de la época: teclados, 
pantallas, selección en opciones de menú, etc., pero no sólo la agricultura comercial podrá 
beneficiarse de robots autónomos, también cualquier jardín casero. 
En un futuro no demasiado lejano, los robots y los sistemas o semi automatizados 
ayudarán a las personas en la gestión de explotaciones y empresas agrícolas. Varios sensores 
comunicarán a distancia información precisa sobre las condiciones meteorológicas en el área 
de los cultivos, la humedad del suelo y las condiciones de plantas y animales. [3] 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
16 
 
8.2 Tecnología 
 
Génesis farmbot 
Esta máquina es revolucionaria en el sistema de plantación de nuestros alimentos, 
garantizando mayor efectividad y calidad. Se puede manejar a través de cualquier dispositivo 
móvil. 
FarmBot, es una máquina de precisión automatizada para la agricultura de código abierto. 
Hay que imaginarse a esta máquina como una impresora 3D gigante, que, en vez de modelar 
el plástico, sus herramientas son inyectores de semillas, boquillas de riego, sensores y más. 
[5] 
La tecnología FarmBot exhibe las siguientes características clave: 
Movimiento CNC XYZ: con precisión para una variedad de operaciones, tales como la 
preparación del suelo, siembra, riego, fertilización, control de malezas, y adquisición de datos. 
Control completo desde cualquier aparato sin el riesgo de olvidar un día de riego. 
Totalmente optimizado: un sistema de soporte de decisiones ajusta automáticamente el 
agua, fertilizantes, regímenes de pesticidas; espaciamiento de las semillas, el tiempo y más en 
base a las condiciones del suelo y del clima; los datos del sensor, la ubicación y época del año. 
Decenas de aplicaciones Desde pequeñas camas elevadas, a invernaderos 
modernizados, con tejados urbanos, para aplicaciones comerciales e industriales; FarmBot es 
escalable y modular para trabajar en cualquier situación. [8] 
Lo que tiene de original este proyecto, es que la plantación se puede controlar desde un 
dispositivo móvil en cualquier lugar. Esto te permite, primero, hacer un diseño gráfico de tu 
huerta, arrastrando y soltando los diferentes cultivos en el mapa, en la figura 4 se tiene un 
campo de hortalizas donde se puede utilizar este dispositivo. 
La interfaz, similar a la de un videojuego, se aprende en unos pocos minutos, lo que 
permite empezar a utilizar Farmbot muy rápido. Luego, se programas secuencias de 
operaciones para el cuidado constante de las plantas. [6] 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
17 
 
 
Figura 4 Campo de hortalizas; fuente [2] 
Farmbot, es una máquina que se encarga desde plantar la semilla hasta controlar la 
humedad del suelo a través de una aplicación web. 
La empresa, de origen estadounidense, pretende comenzar a comercializar el robot 
haciendo los primeros envíos en febrero de 2017. Por ahora, la empresa sigue desarrollando y 
haciendo cambios en el robot, para ofrecer un resultado mejorado. 
El cliente puede controlar y configurar Farmbot desde la aplicación web del producto, 
ofreciendo un servicio gratuito hasta 2018, y posteriormente cobrando un servicio para uso 
industrial. 
Farmbot es una máquina de precisión automatizada para la agricultura de código abierto. 
Hay que imaginarse a esta máquina como una impresora 3D gigante, que, en vez de modelar 
el plástico, sus herramientas son inyectores de semillas, boquillas de riego, sensores y más. 
[4] 
La tecnología FarmBot exhibe las siguientes características clave: 
Movimiento CNC XYZ: con precisión para una variedad de operaciones, tales como la 
preparación del suelo, siembra, riego, fertilización, control de malezas, y adquisición de datos. 
Control completo desde cualquier aparato sin el riesgo de olvidar un día de riego. 
Totalmente optimizado: un sistema de soporte de decisiones ajusta automáticamente 
el agua, fertilizantes, regímenes de pesticidas; espaciamiento de las semillas, el tiempo y más 
en base a las condiciones del suelo y del clima; los datos del sensor, la ubicación y época del 
año. 
Decenas de aplicaciones Desde pequeñas camas elevadas, a invernaderos 
modernizados, con tejados urbanos, para aplicaciones comerciales e industriales; FarmBot es 
escalable y modular para trabajar en cualquier situación, como se muestra el prototipo en la 
figura 5. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
18 
 
 
Figura 5 Prototipo farmbot; fuente [1] 
Operación de 24 V, lo que permite que se entregue más potencia a los motores y 
periféricos al tiempo que minimiza la pérdida de energía en longitudes de cable más largas 
(como en FarmBot Génesis XL). 
Un nuevo conector de alimentación rojo polarizado de 2 pines que es del mismo estilo 
(pero con una clave diferente) que los conectores periféricos. 
Orientaciones verticales para los dos puertos USB, lo que permite conectar y 
desconectar esos cables en una caja electrónica más pequeña. 
Adición de puentes de pin preinstalados para conectar el UTM al Atmega 2560 con la 
configuración predeterminada. [7] 
Diseño de placa mejorado para facilitarla extracción e inserción de los controladores 
paso a paso y el acceso a los interruptores DIP de micro paso. 
Circuitos adicionales para manejar mejor la corriente de retorno de motores movidos 
manualmente. 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
19 
 
Generalidades Robot Cartesiano. 
En el diseño de una robot cartesiano no solo es necesario construir el diseño mecánico 
de esta , sino también hay que implementar un sistema eléctrico y de control para un 
funcionamiento óptimo, en 2012 (ARANGO, John y ZULUAGA, Carlos) realizaron un proyecto 
llamado “Diseño de los sistemas eléctrico y de control para una mesa cartesiana XYZ”, para 
desarrollar el control los investigadores utilizaron la plataforma de programación Baldor, para 
la interfaz gráfica y el Puente entre el control y los servomotores utilizaron el software 
LabVIEW; seguido a esto realizaron el diseño eléctrico de la mesa para el cual tuvieron en 
cuenta las especificaciones de la RETIE y del reglamento electrónico colombiano. Al culminar 
el proyecto obtuvieron excelentes resultados ya que se logró una interacción usuario-máquina 
y así se pudo manipular la posición de la mesa con mucha precisión. [8] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
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9. DISEÑO FUNCIONAL 
 
La finalidad de este capítulo del documento es mostrar el esquema funcional del 
dispositivo de siembra riego y fertilización de semillas teniendo en cuenta los requerimientos 
anteriormente mencionados que permita una entrega mucho más detallada y facilite el 
desarrollo del proyecto. 
 
A continuación (ver figura 6), se proponen dos propuestas de solución para la elaboración 
de este dispositivo de siembra, riego y fertilización de semillas: 
9.1 Caja negra con entradas y salidas 
 
 
Figura 6 Entradas y salidas de la caja negra 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9.2 Alternativa de diseño 1 
 
 Primera propuesta solución (ver figura 7) de la implementación de un sistema robótico móvil 
para la siembra, riego y fertilización de hortalizas: 
 
 
Figura 7 Alternativa de diseño 1 del sistema 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
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9.3 Nombre de señales entre subsistemas 
 
Movimiento x Desplazamiento del eje x en el dispositivo móvil 
Movimiento y Desplazamiento del eje y en el dispositivo móvil 
Movimiento z Desplazamiento del eje z en el dispositivo móvil 
Dispensador de semilla Encargado de dispensar semillas 
Medir cantidad de semillas Verificar la cantidad de semillas en el dispensar 
Flujo de agua Encargado de entregarle agua 
Medir cantidad de agua Verificar la cantidad de agua en el dispensar 
Flujo de fertilizante Encargado de entregarle fertilizante 
Medir cantidad de fertilizante Verificar la cantidad de fertilizante en el 
dispensador 
controlador Encargado de transformar señales del dispositivo 
móvil 
Aplicativo web Interacción hombre maquina mediante un software 
Detector de superficie Sensor detecta e indica obstáculos en el área de 
trabajo 
Figura 8 Diseño Funcional del dispositivo móvil para siembra riego y fertilización de semillas. 
9.4 Funciones de cada subsistema 
 
Como se puede ver en la Figura 9 se podrá encontrar de forma clara lo ilustrado en el 
diseño funcional del dispositivo de siembra riego y fertilización de semillas 
Se compone de una semilla que tiene un espesor entre 1 - 5 [cm], dicha semilla de 
hortalizas se va a sembrar en un área de 6m de largo por 2m de ancho este proceso de siembra 
riego y fertilización se va a hacer en forma lineal en un surco de 6 metros donde se van a 
sembrar 20 semillas en esta área. 
Además, se va a utilizar un área que la facultad de bioingeniería ya dispuso para ejecutar 
este proyecto. 
 
La entrada del sistema robótico móvil para la siembra, riego [A5] y fertilización [A4] de 
semillas [A3] 
Este sistema robótico móvil para la siembra, riego y fertilización de semillas se desprende 
la salida [A1] encargada de llevar señales análogo-digitales provenientes de los sensores los 
cuales detectan la presencia de semillas y además para el desplazamiento de la máquina este 
mecanismo está conformado por tornillos para el desplazamiento, motores y sensores los 
cuales permiten su correcto funcionamiento. 
 
La CPU llegan coordenadas de posicionamiento del sistema cartesiano [A6] además del 
estado de los sensores y la información al momento de sembrar la semilla. 
El sistema está compuesto por otro parámetro importante, el cual está conformado por 
los dispositivos, [A6] que contiene todas las posiciones del sistema robótico permitiendo al 
controlador analizar dichas instrucciones. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
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El controlador del sistema móvil robótico para la siembra, riego y fertilización de semillas 
va conectado a la CPU mediante la entrada [B1] y es el encargado de adquirir las instrucciones 
generadas por el programa provenientes de [B1] por medio de un canal de comunicación por 
puerto y será el encargado de generar mediante una etapa de potencia [A2] las señales de 
control. 
 
Conjuntamente este sistema tendrá una conexión [B1] la cual integra los datos obtenidos 
por el sistema cartesiano para realizar y preparar todo el desarrollo a la hora de sembrar la 
semilla. 
 
el sistema robótico móvil de siembra riego y fertilización de semillas realizará los 
movimientos cartesianos a la cual ingresa una señal [B2] proveniente del controlador y la etapa 
de potencia las cuales son admitidas por los motores en forma de señales digitales los sistemas 
de transmisión para cada uno de los ejes (X Y Z) las señales se ejecutarán programáticamente 
[B3], [B4] y [B5]. 
 
Al momento de que la señal [] encargada de operar a la par del movimiento cartesiano y 
además el movimiento del (eje z) y el desplazamiento de la máquina. 
Además, se va a adicionar un bloque donde se va a perforar para el sembrado de la semilla 
y donde se va a activar la señal [B12], para este proceso. 
En otro proceso que se tiene en cuenta es la parte de cómo se va a tapar la semilla y 
donde se tiene pensado implementar el bloque de tapar, en el diseño se activa el bloque tapar 
y se activa la señal [B13], 
Cabe resaltar que esta máquina debe cumplir con algunos ítems de la Normativa en 
Seguridad y Salud en el trabajo en Colombia conformando así toda la seguridad industrial 
correspondiente. 
 
Al momento de completarse el proceso del sistema robótico móvil para la siembra riego y 
fertilización de semillas según la especificación del dispositivo y el diseño propuesto, y al 
momento de terminar el proceso este dispositivo debe sembrar una semilla y además fertilizar 
y aplicar una dosis de agua para que la semilla tenga un crecimiento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9.5 Alternativa de diseño 2 
 
 Segunda propuesta solución (ver figura 9) de la implementación de un sistema robótico 
móvil para la siembra, riego y fertiliza 
Figura 9 Selección alternativa 2 de diseño 
9.6. Nombre de señales entre subsistemas 
 
Movimiento x Desplazamiento del eje x en el dispositivo móvil 
Movimiento y Desplazamiento del eje y en el dispositivo móvil 
Movimiento z Desplazamiento del eje z en el dispositivo móvil 
Dispensador de semilla Encargado de dispensar semillas 
Medir cantidad de semillas Verificar la cantidad de semillas en el dispensar 
Flujo de agua Encargado de entregarle agua 
Medir cantidad de agua Verificar la cantidad de agua en el dispensar 
Flujo de fertilizante Encargado de entregarle fertilizante 
Medir cantidad de fertilizante Verificar la cantidad de fertilizante en el 
dispensador 
controlador Encargadode transformar señales del dispositivo 
móvil 
Aplicativo web Interacción hombre maquina mediante un software 
Detector de superficie Sensor detecta e indica obstáculos en el área de 
trabajo 
perforar Perfora hueco para sembrar semilla 
tapar 
Figura 10 Diseño Funcional del dispositivo móvil 
 
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Haider Camilo Ortiz PI-640 
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9.7 Funciones de cada subsistema 
 
Se compone de una semilla que tiene un espesor entre 1 - 5 [cm], dicha semilla de 
hortalizas, se va a sembrar en un área de 6 mí de largo por 2 mí de ancho este proceso de 
siembra riego y fertilización se va hacer en forma lineal en un surco de 6 metros donde se van 
a sembrar 20 semillas en esta área. 
Además, se va utilizar un área que la facultad de bioingeniería ya dispuso para ejecutar 
este proyecto. 
 
La entrada del sistema robótico móvil para la siembra, riego [A5] y fertilización [A4] de 
semillas [A3] 
Este sistema robótico móvil para la siembra, riego y fertilización de semillas se desprende 
la salida [A1] encargada de llevar señales análogo-digitales provenientes de los sensores los 
cuales detectan la presencia de semillas y además para el desplazamiento de la maquina este 
mecanismo está conformado por tornillos para el desplazamiento, motores y sensores los 
cuales permiten su correcto funcionamiento. 
 
La CPU llegan coordenadas de posicionamiento del sistema cartesiano [A6] además del 
estado de los sensores y la información al momento de sembrar la semilla. 
El sistema está compuesto por otro parámetro importante, el cual está conformado por 
los dispositivos, [A6]que contiene todas las posiciones del sistema robótico permitiendo al 
controlador analizar dichas instrucciones. 
El controlador del sistema móvil robótico para la siembra, riego y fertilización de semillas 
va conectado a la CPU mediante la entrada [] y es el encargado de adquirir las instrucciones 
generadas por el programa provenientes de [A6] por medio de un canal de comunicación por 
puerto y será el encargado de generar mediante una etapa de potencia [A2] las señales de 
control. 
 
Conjuntamente este sistema tendrá una conexión [B1] la cual integra los datos obtenidos 
por el sistema cartesiano para realizar y preparar todo el desarrollo a la hora de sembrar la 
semilla. 
 
el sistema robótico móvil de siembra riego y fertilización de semillas realizara los 
movimientos cartesianos a la cual ingresa una señal [B2] proveniente del controlador y la etapa 
de potencia las cuales son admitidas por los motores en forma de señales digitales los sistemas 
de trasmisión para cada uno de los ejes (X Y Z) las señales se ejecutarán programáticamente 
[B3], [B4] y [B5]. 
 
Al momento de que la señal [] encargada de operar a la par del movimiento cartesiano y 
además el movimiento del (eje z) y el desplazamiento de la máquina. 
Además, se va adicionar un bloque donde se va a perforar para el sembrado de la semilla 
y donde se va activar la señal [B12], para este proceso. 
En otro proceso que se tiene en cuenta es la parte de cómo se va a tapar la semilla y 
donde se tiene pensado implementar el bloque de tapar, en el diseño se activa el bloque tapar 
y se activa la señal [B13], 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
Haider Camilo Ortiz PI-640 
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Cabe resaltar que esta máquina debe cumplir con algunos ítems de la Normativa en 
Seguridad y Salud en el trabajo en Colombia conformando así toda la seguridad industrial 
correspondiente. 
 
Al momento de completarse el proceso del sistema robótico móvil para la siembra riego y 
fertilización de semillas según la especificación del dispositivo y el diseño propuesto, y al 
momento de terminar el proceso este dispositivo debe sembrar una semilla y además fertilizarla 
y aplicar una dosis de agua para que la semilla tenga un crecimiento. 
9.8 Selección de alternativa 
 
En la figura 11 se puede ver la selección alternativa que se optó para este diseño. 
 
 
Figura 11 Diseño funcional del sistema robótico móvil de siembra riego y fertilización de hortalizas. 
 
 
 
 
 
 
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10. DISEÑO DETALLADO 
 
En esta parte de este capítulo se verá más detallado todos los diagramas del sistema 
funcional y además se podrá distribuir cada subsistema y se podrá dar una explicación más 
detallada de los subsistemas, también se tendrá muy en cuenta cada uno de los 
componentes de este sistema para cada uno de ellos. 
 
10.1 Subsistema interfaz gráfica [B1] 
 
 
 
 
Figura 12 Subsistema con su respectiva entrada y salida. 
¿Qué hace? – Interfaz gráfica la cual se podrá interactuar con la máquina para iniciar el 
proceso seleccionado por el usuario, el cual podrá realizar la creación de usuarios y así mismo 
se enviará una alerta cuando no se tengas suministros en los tanques de semillas, fertilizante 
o agua, ver figura 12 entradas y salidas. 
Entrada – El usuario selecciona cuál será el proceso para realizar. 
Salida – Recoge la información brindada por el usuario para luego enviarla a la máquina 
para empezar su proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicativo Web 
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Subsistema controlador [B2] 
 
Figura 13 Subsistema con su respectivas entradas y salidas 
¿Qué hace? – este subsistema es el encargado de alimentar a los componentes y 
transformar las señales a la salida de la unidad central de procesamiento, este la convierte en 
movimiento y activación de los movimientos (x, y, z) del sistema de siembra riego y fertilización 
de semillas. 
Entrada 
B1. Este dispositivo toma las instrucciones de posicionamiento por medio de un lenguaje y una 
interfaz gráfica para realizar la siembra, riego y la fertilización de las semillas. 
B2. Polarización del controlador y del driver de potencia. 
B3. Entra la señal del motor en movimiento x, indicando al controlador que termino el recorrido. 
B4. Entra la señal del motor en movimiento y, indicando al controlador que termino el recorrido. 
B5. Entra la señal del motor en movimiento z, indicando al controlador que termino el recorrido. 
B6. En esta entrada del dispositivo se coloca un sensor que es el que nos muestra la presencia 
de obstáculos en el surco que se está sembrando. 
B8. Recibe una señal el controlador indicando que el contenedor tiene suficientes semillas para 
iniciar el proceso, en caso de no tener enviara una alerta. 
B10. Recibe una señal el controlador indicando que el contenedor tiene suficiente agua para 
iniciar el proceso, en caso de no tener enviara una alerta. 
B12. Recibe una señal el controlador indicando que el contenedor tiene suficiente fertilizante 
para iniciar el proceso, en caso de no tener enviara una alerta. 
 
Salida – 
B1. Enviara una alerta al sistema cuando se tengas una alerta para que el usuario pueda 
identificar donde se encuentra el error. 
Manuel Steven Ballestero Moreno 
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B3. Esta señal se encarga del desplazamiento en el eje x del dispositivo de siembra riego y 
fertilización de semilla. 
B4. Esta señal se encarga del desplazamiento en el eje y del dispositivo de siembra riego y 
fertilización de semilla. 
B5. Esta señal se encarga del desplazamiento en el eje z del dispositivo de siembra riego y 
fertilización de semilla. 
B6. esta señal se encarga de verificar si existe un obstáculo que no permita hacer las funciones 
normales 
B7. Esta señal es la encargada de sembrar la semilla 4 cm de longitud 
B9. Esta señal es la encargada de regar agua a las semillas. 
B11. Esta señal es la encargada de regar el fertilizante a las semillas. 
 
Subsistema Movimiento en x [B3] 
 
 
 
 
Figura 14 Subsistema con su respectiva entrada y salida. 
 ¿Qué hace? – La máquina deberá mover los motores en el eje x de acuerdo con la señal 
enviada por el controlador que será manipulada por el usuario. 
Entrada – Entra una señal enviada