La Mecatrónica en México

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La Mecatrónica en México

Comité Editorial de la Revista

Diseño Gráfico Mónica Vázquez Guerrero

Kikey Stephanie Méndez Sánchez Alejandra Miguel Vargas Mandujano

Vinculación Luis Alberto Aguilar Bautista Luis Antonio Salazar Licea

Miguel Ángel Bacilio Rodríguez

Revisión de Formato Rodrigo Escobar Díaz-Guerrero

Conrado Vargas Cabrera Alejandro de León Cuevas Ángel Juárez Buenrostro

Soporte Técnico Carlos Alberto Ramos Arreguín

Juan Carlos Moya Morales Ma. Del Carmen García López

Ubaldo Geovanni Villaseñor Carrillo

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PROLOGO

Es grato presentar esta tercera edición de la revista que tiene en tus manos. Los artículos que aquí se presentan diferentes áreas del conocimiento de la Ingeniería Mecatrónica, los cuales fueron realizados en diferentes instituciones.

El interés de difundir los avances tecnológicos que se van gestando en los últimos años nos ha llevado a seleccionar tres apasionantes temas, el primero de ellos muestra un avanzado simulador en 3D aplicado a los vagones del metro de la Ciudad de México, mostrando información técnica que permite valorar las diversas contribuciones de éste tipo de desarrollos.

El segundo trabajo muestra un diseño innovador de una silla de ruedas que permite su control mediante una interfaz de control gestual. Es innegable que este proyecto nos acerca en facilitar la calidad de vida de las personas con capacidades diferentes que requieren este tipo de sillas.

El tercer artículo, de singular importancia como los otros trabajos seleccionados, nos permite conocer un interesante diseño de brazo manipulador háptico tele-operado, mismo que ha sido definido mediante la aplicación de una metodología que facilita la toma de decisiones como la Función de Despliegue de Calidad.

Espero que la información aquí presentada permita a nuestros lectores aventurarse en el conocimiento y la comprensión de las tecnologías afines a la Mecatrónica. Para así seguir contribuyendo en mejorar las condiciones de productos, procesos o servicios, que faciliten y mejoren a nuestra sociedad.

Dr. José Emilio Vargas Soto Fundador Asociación Mexicana de Mecatrónica A.C.

ÍNDICE

Simulador 3D para Manejo de Vagones del Transporte Colectivo Metro Batalla González Edgar Said, Gabriel Sepúlveda Cervantes y Portilla Flores Edgar

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Prototipo de Silla de Ruedas como Plataforma de Interfaz de Control Gestual Montiel Cabrera Diana Nadxhielli, Ventura Rios Luis Daniel, Posada Gómez Rubén, Hernández Ojeda Isauro, Martínez Sibaja Albino y Águila Rodríguez Gerardo

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Diseño de Brazo Manipulador Háptico Teleoperado. Alvarado Juarez Diego Armando, Butrón Castañeda Marco Antonio, Díaz Loyo Diego y González García Luis César

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La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, páginas 45 -54, Mayo 2013. Disponible en línea en www.mecamex.net/revistas/LMEM

ISSN en trámite, 2013 Derechos de autor y derechos conexos, Asociación Mexicana de Mecatrónica A.C.

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Simulador 3D para Manejo de Vagones del Transporte Colectivo Metro

Batalla González Edgar Said, Gabriel Sepúlveda Cervantes y Portilla Flores Edgar

Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo I.P.N. México D.F.

[email protected], [email protected]

Resumen

Este artículo presenta la simulación con características físicas y lógicas de una maquina combinada con elementos de un entorno virtual para entrenamiento de conductores. El desarrollo permite la obtención de una herramienta capas de apoyar a un individuo en el desarrollo de sus habilidades y conocimientos respecto a la maquinaria, permitiendo entender el manejo real del elemento simulado. La aplicación final del desarrollo proporcionará una herramienta que auxilie al personal del Sistema de Transporte Colectivo Metro en su capacitación en el manejo de los vagones; con el manejo de un sistema de realidad virtual

Palabras clave: Realidad Virtual, Simulación, Entrenamiento Virtual.

1. Introducción

Gracias a los beneficios que nos proporcionan las avances en la tecnología se puede reducir significativamente el tiempo de capacitación, en actividades que pueden ser de riesgo y puedan costar pérdidas humanas y materiales, llevando el entrenamiento del personal a un nivel diferente de percepción, donde por medio de una herramienta desarrollada por computadora, podemos reproducir una ruta que logre aparentar ser la ruta real original por la que podría conducir, de modo que le sea posible interactuar libremente en un mundo virtual y lograr así acceder a la información necesaria las veces que se quiera sin problema alguno.��

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Figura 1. Simulación del Metro de Bilbao.

La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, Mayo 2013.Simulador 3D para Manejo de Vagones del Transporte Colectivo Metro.

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Las mejoras en ambientes 3D no solo en el diseño de los modelos sino en las incorporaciones de factores físicos e implementaciones de algoritmos de Inteligencia Artificial (IA), permiten actualmente generar un verdadero evento aleatorio el cual puede llegar a representa de manera exacta lo que curriría en una situación real.�

Existen diversos simuladores con funciones semejantes a las de Sistema de Transporte Colectivo-Metro (STCM) entre las cuales se pueden mencionar: El simulador de conducción y averías del metro de Bilbao [1]. La cual es una herramienta de adiestramiento práctico que permite instruir en la identificación y resolución de averías, mejorar los hábitos de conducción y ayudará a solventar conmayor precisión y agilidad todas las incidencias posibles que puedan alterar la normal circulación de los trenes.

De igual forma Code3D (TM) de Ops Sim Studios [2]. Es un conjunto de herramientas que está disponible para los servicios de emergencia donde es posible crear escenarios propios 3D. En Code3D los usuarios pueden crear su propia formación, el medio ambiente; añadir los peligros y las fotos que se pueden cambiar con el tiempo. Los usuarios pueden utilizar la función de reproducción de caminar por el medio ambiente y el escenario en 3D en tiempo real.

Figura 2 Simulador de Emergencias Code3D.

Bajo el motor gráfico de UDK el desarrollo de una herramienta de capacitación como lo es el simulador de manejo propone una mejora en la calidad del manejo en gráficos, superior a los mencionados, combinado con la capacidad que tiene el entorno para poder manejar la instrumentación de un dispositivo de control permiten el desarrollo de una aplicación de entrenamiento dedicada desde su creación para las necesidades del STCM.

2. Modelado 3D y Desarrollo

Para crear el simulador con características realistas se requiere de un sistema que pueda simular todos los elementos con los que cuenta la ruta que recorre el metro, así como la cabina de manejo y proporciones al conductor todos los elementos necesarios para percibir un entorno semejante a aquel donde se desenvolverá sobre la operación del vagón real y lograr una capacitación adecuada.


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2.1 Objetivo.

Desarrollar un simulador que permita al personal del Sistema de Transporte Colectivo Metro capacitar al personal en el manejo de Actualmente el Sistema de Transporte Colectivo Metro cuenta con dos simuladores los cuales proporcionan: la simulación del monitoreo de las redes de transporte y flujo de vagones, y un simulador del manejo de la cabina de control para los vagones del metro. Sin embargo el simulador actual de manejo con el que cuenta permite la interacción únicamente con un video que es desplegado y sincronizado con una cabina sin permitir interacción fuera de la permitida en el video, lo cual es significativo para el entrenamiento.

2.2 Metodología.

Aunado a esto, en el ámbito profesional actual, el modelo orientado a objetos es el más utilizado en la industria del software en la actualidad, gracias a sus grandes bondades y flexibilidad, ofreciendo un diseño de software de calidad y acorde a los resultados esperados al aplicarlo de manera correcta.

Los procesos que se asumirán de acuerdo al ciclo de vida del software serán:

• El Proceso de Adquisición en sus fases de inicio, preparación de la solicitud de propuestas, aceptación y finalización.

• Proceso de Desarrollo. Todas las actividades a desempeñarse sobre el proyecto se acoplan a este proceso por lo que es apta su implementación en cierto grado.

• Proceso de Operación. Implementación del proceso, Pruebas de operación y Operación del sistema son fases necesarias en el desarrollo de este proceso ya que proporcionaremos un servicio para la operación de un entorno virtual a un usuario.

• Proceso de instrumentación de un dispositivo para el manejo del simulador.

• Proceso de Documentación. El registro de cada actividad debe de estar documentado y registrado.

• Proceso de Aseguramiento de la calidad. Aseguramiento del producto y aseguramiento del proceso, deberá cumplir con lo especificado en el producto así como lo estipulado en el calendario de actividades.

2.3 Lenguaje de Programación.

Unreal Development Kit (UDK) cuenta con su propio lenguaje de programación orientado en scripting, UnrealScripting (UScript), basado en el lenguaje de programación C++ Además cuenta con la capacidad de extender las funcionalidades originales mediante el uso de librerías de enlace dinámico (CLL) las cuales extienden las capacidades del software para comunicarse con dispositivos externos, los cuales servirán como interfaces entre el usuario y el sistema. �

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2.4 Diseño y Modelado. �

Para el modelado de los elementos encontrados en la estación se tuvieron que realizar una sesión previamente autorizada de fotos. Gracias a estas fotos se lograron obtener las bases para cada modelo del simulador. Los modelos de los elementos presentados en el simulador se generaron en Blender 3D [4].


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Figura 3 Andén del Metro, dirección Pantitlán.

Figura 4 Renderizado de un modelo hecho en Blender 3D.

UDK proporciono los elementos necesarios para la generación de puntos de luz, colisiones. �

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Figura 5 Escena de los andenes de la estación Politécnico desarrollados en UDK.

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2.5 Generación de eventos. �

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Para manejar la simulación del control de un vagón es necesario manejar un evento, el cual es una acción definida sobre una herramienta propia de UDK. Este evento se controla a partir de un trigger (Figura 6), que dispara la acción cuando esta sea tocada en un área definida por su caja de colisiones sobre el espacio. �

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Figura 6 Caja de colisiones de eventos. �

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Esta acción es definida sobre un editor especial denominado Kismet (Figura 7). Gracias a este editor se pudo crear la AI de los integrantes de la simulación, cono usuarios, vendedores o demás personajes controlados por el sistema y no por el usuario.

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Figura 7 Área de trabajo UnrealKismet. �

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Las acciones se definen dentro del Kismet como una secuencia animada de movimiento que interactuara con el recorrido sujeta a cambios en el mismo recorrido a partir de las propiedades físicas que se otorguen a la cabina para generar un recorrido más realista, por ejemplo la simulación presentará mayor inercia si se consideran los vagones llenos de usuarios a diferencia de un vagón vacío. �

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Figura 8 Gatillo lanzador del evento.

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El recorrido entre la estación Politécnico e Instituto del Petróleo de la Línea 5 del STCM, se desarrolló con base en las fotos y videos tomadas durante una serie de recorridos reales permitidos por las autoridades del STCM. �

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Figura9 Tramo del recorrido de las estaciones Politénico a Instituto del Petróleo.

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Figura 10 Tramo de la vía terminada. �

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3. Instrumentación

Para lograr la interacción entre el usuario y el simulador se requiere de un sistema de adquisición

de datos (DAQ) por lo que se requirió de un dispositivo capaz de ser programado y reutilizado dentro del lenguaje de programación de UDK. Para lograr lo antes mencionado se consideró la tarjeta NI6009 de la compañía National Instruments [7], ver Figura 11.�

Figura 11 Tarjeta de adquisición de datos NI6009.

La tarjeta de adquisición de datos NI6009 se programó utilizando el conjunto de Interfaces Programación de Aplicaciones (APIs) proporcionadas por la compañía National Instruments junto con los controladores de la tarjeta de adquisición de datos. El panel de control que se proporcionó al usuario cuenta con tres instrumentos de los más de 30 posibles dentro de una cabina real. Los instrumentos son la palanca de velocidades, la palanca de “hombre muerto” y el botón de reversa, esto se muestra en la Figura 12.


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Figura 12 Panel de control.

La tarjeta de adquisición de datos se conectó con el panel de control utilizando dos entradas con convertidor analógico digital para la palanca de velocidades y la de “hombre muerto” y una entrada digital para el botón de reversa, ver Figura 13.

Figura 13 Simulación.

Finalmente las variables capturadas por el sistema de adquisición de datos se capturan mediante comunicación USB, son almacenadas mediante un programa desarrollado con las APIs propias de la tarjeta y finalmente son comunicadas a la aplicación del simulador mediante funciones programadas en una librería de enlace dinámico (DLL) creada especialmente para el proyecto, ver Figura 14.


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Figura 13 Conexiones para la adquisición y procesamiento de señales.

Figura 14 Simulación de la cabina.

4. Resultados.

Se obtuvo un simulador que proporciona una interfaz sencilla la cual permite a los empleados del STCM el manejo y visualización de los elementos con los que se interactúa durante el recorrido entre las estaciones presentadas en el simulador. El manejo de la simulación mediante un dispositivo que proporciona los elementos de frenado, avance a determinada velocidad hacia el frente y reversa.

5. Conclusiones y trabajo futuro.

El manejo de los eventos, renderizado, manipulación de objetos y comunicación entre el motor gráfico y la tarjeta de adquisición de datos proporcionan los elementos suficientes para generar un simulador de manejo que cumpla con los estándares de calidad necesarios. Los inconvenientes que trae consigo el manejo de un motor gráfico de esta calidad refiriéndose al consumo de recursos de memoria y video, son costeables frente al beneficio que acarrea.


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Como planteamiento a futuro se espera modelar la continuación del recorrido sobre la Línea 5 del STCM así como la inclusión de situaciones de riesgo, como podrían ser incendios, sismos y/o suicidios sobre las líneas de transporte.

6. Agradecimientos.

Agradecemos al Sistema de Transporte Colectivo-Metro todas las facilidades proporcionadas para la creación del prototipo de manejo presentado en este artículo.

Referencias.

[1] Sitio oficial metro de Bilbao. http://www.metrobilbao.com/accesible/cas/metro/ simulador.html. [2] Jason Gregory “Game Engine Architecture”. Editorial, Sales, and Customer Service Office, 2009. [3] Panda3D Free 3D Game Engine http://www.panda3d.org/showss.php?page=0&sh ot=ssg-code3d/code3D05. [4] Blender Fundation. http://www.blender,org/. [5] Sitio oficial de GIMP. http://www.gimp.org. [6] Sitio Oficial de Unreal Development kit. http://developer.nvidia.com/object/udk.html. [7] http://www.ni.com/

La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, páginas 55 -66, Mayo 2013. Disponible en línea en www.mecamex.net/revistas/LMEM


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Prototipo de Silla de Ruedas como Plataforma de Interfaz de Control Gestual

Montiel Cabrera Diana Nadxhielli, Ventura Rios Luis Daniel, Posada Gómez Rubén, Hernández Ojeda Isauro, Martínez Sibaja Albino y Águila Rodríguez Gerardo

División de estudios de Posgrado e Investigación, Instituto Tecnológico de Orizaba, Avenida Oriente 9 No. 852, Colonia Emiliano Zapata, C.P. 94320, Orizaba, Veracruz, México. Tel. (272) 7 24 40 96,

(272) 7 24 45 79 Extensión: 1016, e-mail: [email protected]

Resumen

En este artículo se presenta un prototipo de silla de ruedas que será empleado como plataforma para el desarrollo sistemas de control gestual en pacientes con paraplejia y cuadraplejia. El diseño del prototipo es estructural (armadura) de modo que cumpla con la ergonomía y normatividad vigentes, Adicionalmente se hicieron adaptaciones de materiales al asiento, el respaldo, descansa brazos, piernas y pies. La silla de ruedas puede adaptarse a cualquier tipo de control así como ser desplazada de una manera manual, fue realizada con materiales comerciales con bajo costo, de manera que resulta más económica que las sillas de ruedas comerciales, teniendo un diseño adaptado a las necesidades de personas con capacidades diferentes.

Palabras clave: Silla de ruedas, diseño mecánico, interfaz de control.

1. Introducción

Hoy en día la mecánica y la mecatrónica se encuentran en diferentes sectores de la industria y el sector médico y de rehabilitación no son la excepción. Uno de los sectores que pueden verse beneficiados con proyectos de esta área es la de personas con alguna discapacidad. Según estadísticas de INEGI del 2004 [1] en México el 45.3% presentan discapacidad motriz del 100% de la población con discapacidad presentándose con mayor incidencia a personas adultas en etapa de envejecimiento como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Estadísticas de INEGI sobre la población y porcentaje de discapacidades.

La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, Mayo 2013. Prototipo de Silla de Ruedas como Plataforma de Interfaz de Control Gestual.

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Esta discapacidad motriz tiene un mayor impacto en los pacientes cuadrapléjicos, que dependen por completo de otra persona para realizar actividades cotidianas. Las características que debe tener una silla de ruedas para este tipo de pacientes debe considerar que el control debe darse por medio de una interfaz de control diferente ya que los pacientes con cuadraplejia en muchas ocasiones solo tiene una movilidad limitada en algún dedo, los ojos o intentar hablar, De ahí se deriva la necesidad de contar con sillas de ruedas eléctricas inteligentes que interpreten esta movilidad reducida como un comando de control. Existen actualmente diversos trabajos orientados a interpretar los gestos como una instrucción de control [2,3] pero no hay una plataforma donde estos proyectos puedan ser implementados de manera real.

La silla de ruedas se construyó bajo las normas ergonómicas comerciales, adaptando innovaciones para personas con cuadraplejia, tales como permitir una posición horizontal por completo del respaldo, descansa brazos, piernas y pies, con el confort necesario para este tipo de personas. Todos los materiales utilizados para la fabricación de la armadura de silla de ruedas son comerciales de bajo costo. Este artículo se divide de la siguiente manera: las generalidades y conceptos básicos necesarios para el desarrollo del proyecto, el análisis estático de la armadura seleccionada, así como también se considerarán factores de seguridad definiendo así los valores a la fluencia de los materiales ocupados, obteniendo con ello el momento flector máximo para calcular el esfuerzo que se genera en la armadura al aplicarle cierta carga conociendo así si es segura o no, el torque que se necesita para poder desplazar la silla de ruedas, seleccionando con ello el motor y el eje para la transmisión a la llanta, la simulación hecha por el software de SolidWorks® 2008 en donde se complementará el análisis estático realizado de una manera visual y se detalla los resultados obtenidos especificando la construcción de la silla de ruedas. Finalmente las conclusiones obtenidas en el área de investigación del proyecto.

2. Generalidades.

El prototipo requiere de un diseño universal lo que quiere decir que cualquier persona con capacidades diferentes puedan utilizarla. Está cumple los 7 principios que son: igualdad de uso, uso flexible, uso simple e intuitivo, información fácil de digerir, tolerancia a soportar errores, que se le aplique poco esfuerzo físico y contar con dimensiones adecuadas.

El proyecto se basa en la realización de una silla de ruedas de potencia capaz de adaptarse a un hardware gestual teniendo un diseño novedoso para el mercado mexicano.

2.1 Normas y ergonomía para la fabricación de la silla de ruedas.

Tanto de los materiales, medidas, tipo de baterías y motor, se han tomado todas las especificaciones de sillas comerciales para que el prototipo concuerde con las normas actuales. Las sillas de ruedas tienen como objetivo principal proporcionar al usuario un buen funcionamiento, movilidad, y confort. Una silla de ruedas inapropiada puede provocar una discapacidad extra como artritis o reumatismo. Se tiene que adoptar posturas adecuadas para que una silla de ruedas funcione de manera eficiente, haciendo que si una persona no puede (porque no tiene la capacidad) modificar su postura, hay que mejorar el asiento para intentar ayudarlo en esta limitación [4].

El asiento debe estar estable y bien uniforme para evitar exceso de presión y rozamiento. Cuando se tiene una postura adecuada se tiene un ángulo entre el tronco y los muslos de 90° para garantizar la estabilidad de la pelvis. Para conseguir este ángulo se utiliza un cojín amoldado a la sección del tronco o de los muslos del cuerpo, teniendo en consideración que la silla de ruedas se


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encuentra en posición estática, si se encuentra en movimiento por seguridad de la persona se deben de exceder los 90 grados. De acuerdo al estudio ergonómico en las posturas se recomienda que las rodillas también se encuentren a un ángulo de 90° a l igual que el tronco y el muslo para mayor comodidad del paciente. El respaldo de la silla es lo suficientemente alto para estabilizar la región lumbar superior permitiendo una mayor comodidad al usuario, debiendo estar éste bien reclinado para que la gravedad recaiga sobre el pecho del usuario y no sobre los hombros pero que no esté demasiado inclinado para reducir el espacio visual del usuario. El buen apoyo de los brazos proporciona un descanso a ellos y también a los músculos del cuello, por lo tanto el antebrazo debe de estar bien colocado en los soportes y el codo a 90°.

3. Análisis estático de la armadura.

El diseño de la silla de ruedas está dada para soportar a una persona adulta de 60 a 110 kg con alturas de entre 1.60 a 1.95 metros sabiendo que la silla de ruedas va tener un peso máximo de 80 kg.

3.1 Cálculo de centroides.

Para conocer donde se están aplicando la fuerza de 190 kg debido a peso máximo del usuario y de la silla de ruedas, es necesario calcular el centroide dentro de la misma, para esto se dividió el

asiento en formas geométricas y se realizaron las sumatorias de volúmenes para calcular , y tanto del asiento como del respaldo (en posición vertical y horizontal), dando los siguientes resultados:

El centroide del asiento y el respaldo en posición vertical = 25.6150 cm, = 34.7055 cm y

= 16.1719 cm representada en la figura 2a. y el centroide del asiento y el respaldo en posición

horizontal = 26.5 cm, = 6.1042 cm y = −12.5132 cm representada en la figura 2b.

Figura 2 Localización del centroide del asiento y del respaldo en posición a) vertical, y b) horizontal.

3.2 Análisis de esfuerzos.

Para saber si la armadura se encuentra en equilibrio, se realizan sumatoria de fuerza, de momentos y los esfuerzos que se ejercen para cada una de las secciones principales. La armadura de la silla de ruedas (figura 3) se encuentra constituida de perfil rectangular de acero SAE 1006 laminado en caliente, tubo de acero y perfil ángulo del mismo material, todo con un acabado de galvanizado, el análisis se efectuó con acero sin el acabado galvanizado del manual SAE [5] con un esfuerzo a la fluencia de 1687.3656 [Kg/cm

2]. Se analiza los perfiles ángulo verticales que unen a la silla con la armadura rectangular, para realizar este análisis estático es necesario especificar que la carga de W=190 Kg se va a descomponer en tres fuerzas, ya que son las que llegan a los perfiles ángulo.


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Figura 3 Armadura de la silla de ruedas y representación de fuerzas.

Incluyendo el área del perfil angular de 1 ¼ X 1/8 de pulgada de acero SAE 1006, se utiliza la ecuación (1) para calcular el esfuerzo normal.

(1)

Donde P es la carga que se le está aplicando al perfil ángulo y A es el área de la sección en donde se está ejerciendo esta fuerza para encontrar el esfuerzo normal a compresión. Se tiene un área de sección de 4.47 cm2. Calculando el esfuerzo de compresión se tiene un esfuerzo de � = 14.1685 [Kg/cm

2].

Se analiza la parte posterior de esta armadura estudiando el perfil mostrando la fuerza que se está aplicando en esta sección para conocer sus reacciones (Figura 4).

Figura 4 Armadura perfil ángulo y representación de las Fuerzas en el perfil FG.


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Se calcularon las reacciones R1 y R2 con sumatoria de fuerzas dando como resultado lo siguiente R1= R2 = 31.66 [Kg], calculando con ello una sumatoria de momentos para así conocer el esfuerzo máximo aplicado por la carga (ecuación 2):

(2)

Resultando el esfuerzo en esta sección de � = 331.902 [Kg/cm2], Calculando el factor de seguridad

con la ecuación (3):

(3)

Donde �yp es el esfuerzo a la fluencia del material y es la sumatoria para este caso de los esfuerzos encontrados por secciones en cada una de las armaduras. Con la ecuación 3 se calcula el factor de seguridad de la armadura perfil ángulo siendo de 4.87 y se encuentra que en esta armadura es segura para el paciente.Para el análisis de la armadura perfil rectangular se empieza con la sección frontal (figura 5) en donde se muestran las cargas que está llegando al perfil HIJK para analizar sus reacciones R3 y R4.

Figura 5 Sección frontal de la armadura perfil rectangular hueca.

El resultado de las reacciones es R3 = R4 = 63.33 [kg.]. Calculando lo que es momento flector máximo para sustituir valores en ecuación 2 y así encontrar que tiene un esfuerzo de � = 202.3293 [Kg/cm

2].Analizando la parte posterior de la armadura perfil rectangular hueca, en la figura 6 se tiene en perfil LMNO con dos cargas de 31.66 kg antes analizadas e igualmente dos reacciones R5 y R6.

Figura 6 Sección en la que se analiza el perfil LMNO.


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Las reacciones son calculadas mediante sumatoria de fuerzas teniendo los siguientes valores R5 = R6

= 31.66 [Kg/cm2]. Calculando con ellas el momento flector máximo y así sustituir el valor en la

ecuación 2 para obtener un esfuerzo de = � = 101.1645 [Kg/cm2].

Finalmente se realiza el análisis de la parte lateral de la armadura de perfil rectangular hueca (figura 9).

Figura 7 Sección lateral de la armadura con la solución estática del punto T.

Calculando con sumatoria de fuerzas el valor de las reacciones 7, 8 y 9 se tiene que R7 = 58.66 [kg] , que R8 = 31.66 [kg] y que R9 = 9.32E-5 [kg] por lo que el esfuerzo es de � = 125.5305 [Kg/cm

2], para conocer el factor de seguridad se sustituye el esfuerzo a la fluencia del material SAE 1006 laminado en caliente y se divide entre la sumatoria de los esfuerzos encontrados en cada sección en la ecuación 3 dando como resultado 1.96 (armadura segura).

El esfuerzo cortante aplicado a cada uno de los tornillos de sujeción de la armadura es de � = 892.4246 [Kg/cm

2], si se les está aplicando a cada uno una carga de 63.33 kg, conociendo que es un acero medio al carbono J429 grado 1 con un esfuerzo cortante a la fluencia mínima de 1564.6 [Kg/cm

2], se considera que los tornillos van a soportar esta carga sin deformarse plásticamente. Analizando los bujes se observa que pueden soportar una carga máxima de 1776.304 kg y un factor de seguridad de 1.75 notando que no va a presentar falla en dicho elemento.

4. Fuerzas que se ejercen a la silla de ruedas con respecto a su arrastre.

Conociendo el centro de gravedad de la silla de ruedas se puede determinar las fuerzas que se ejercen respecto a su arrastre así como el torque del motor y así conocer el motor necesario.

4.1 Selección del motor para la silla de ruedas.

Para determinar la potencia requerida para el motor y el arrastre de las sillas de ruedas en la figura 8, tenemos que W = 190 Kgf, la rueda motriz RM tiene 34.0230 cm, la rueda de diámetro menor RM tiene 23.6445 cm, con las siguientes longitudes desde el centro (sección 3.1) hacia la rueda motriz hay una distancia de L1=18.8546 cm y de la rueda menor al centro hay L2=43.5374 cm.


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Figura 8 Representación de las fuerzas que se ejercen a la silla de ruedas con respecto a su arrastre.

Para calcular las fuerzas normales tanto frontales como posteriores se utiliza sumatoria de fuerzas dando los siguientes resultados FNf = 28.7086 [kg.] y FNP = 66.2914 [kg.] calculando las fuerzas de fricción con la ecuación 4:

(4)�

Donde: Fk es la fuerza de fricción,�k es el coeficiente de fricción teniendo un valor de 0.90 [6] (hule sobre concreto) y FN son las fuerzas normales. Las fuerzas de fricciones frontales y posteriores son Fkf = 25.8377 Kgf. y FkP = 59.6622 Kgf., el torque del motor es por tanto Tmotor = 142.6846 N � m.

Se seleccionó un motor con 500 Watts un par torsional de 150 Nm con 140 rpm, un diámetro del eje de ½ plg y una potencia de motor de 2.8 HP.

5. Simulacion Silla de Ruedas.

Para poder complementar el análisis estático se realizó la simulación con el software SolidWorks® 2008 utilizando su asistente llamado COSMOSxprees en donde analiza y simula los diferentes esfuerzos que se pueden presentar en las piezas o en el conjunto de ellas utilizando el estudio de criterio de fallas de Von Mises para mostrarnos la distribución de tensiones en el modelo y el desplazamiento estático de URES.

5.1 Simulación de la armadura perfil ángulo.

En el asistente COSMOSxprees se introducen las restricciones en este caso son los barrenos, las cargas en cada una de los perfiles verticales de 63.33 kg y se obtuvo un factor de seguridad de 4.38 (Figura 9) realizándolo el asistente mediante la ecuación 5 y conociendo el valor del factor de seguridad encontrado en el análisis estático de 4.87 siendo ambos muy aproximados, en la figura 10 se presenta la distribución de tensiones nodales obteniéndolo mediante la ecuación 6 y en la figura 11 el desplazamiento estático que presenta la pieza por la carga aplicada.


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(5)

(6)

Figura 9 Representación del factor de seguridad en el perfil del ángulo.

Figura 10 Representación de la distribución de la tensión nodal en el perfil del ángulo.


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Figura 11 Representación de la distribución del desplazamiento estático en el perfil del ángulo.

5.2 Simulación de la armadura perfil rectangular hueca.

Se introducen los datos en el asistente COSMOSxprees y se establecen las restricciones en los bujes y en tubo donde van colocados los motores, las fuerzas se encuentran en los barrenos siendo de 63.33 kg en los frontales y de 31.66 kg en los posteriores analizando esto, se tiene un factor de seguridad de 1.89 sabiendo que en el análisis estático dio de 1.96 esto es porque no se está considerando en la simulación un perfil de 45 grados pero aun así son muy aproximados (figura 12), en la figura 13 se muestra la distribución de tensiones nodales según estudio realizado de Von Mises ecuación 6 y en la figura 14 se muestra el desplazamiento estático.

Figura 12 Representación del factor de seguridad en el perfil rectangular hueco.


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Figura 13 Representación de la distribución de la tensión nodal en el perfil rectangular hueco.

Figura 14 Representación de la distribución del desplazamiento estático en el perfil rectangular hueco.

6. Resultados.

Mediante el análisis estático y de simulación siguiendo con la ergonomía y normatividad vigente se realizó un prototipo de silla de ruedas capaz de tomar no solo una posición vertical sino también horizontal permitiendo que el paciente pueda ser trasladado de la silla de ruedas a la cama o viceversa sin que la persona que lo asiste utilice mucho esfuerzo físico, en la figura 15 se muestra la silla de ruedas en su etapa final donde en este momento se encuentra como una silla de ruedas de potencia dirigida por un joystick y en la figura 16 se encuentra la silla de ruedas en posición horizontal.


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Figura 15 Prototipo de silla de ruedas para interfaz gestual.

Figura 16 Prototipo de silla de ruedas en posición horizontal.


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7. Conclusiones.

En este artículo se presenta el diseño mecánico de una ruedas eléctrica de potencia con aplicaciones a un control por interfaz gestual, la cual está construida bajo las normas ergonómicas que el sector comercial maneja, adaptando innovaciones para personas con cuadriplejia, Una de las principales innovaciones del diseño presentado es poder efectuar una posición horizontal por completo del respaldo, descansa brazos, piernas y pies, con el confort necesario para este tipo de personas, Los materiales utilizados para la fabricación de la armadura de silla de ruedas son comerciales y de bajo costo.

Como perspectivas del trabajo se tienen las de adaptar diferentes tecnologías de control, iniciando por los controles gestuales diseñados y presentados anteriormente. Puesto que es una silla de ruedas eléctrica, cuenta con un motor y un joystick, se le puede adaptar un hardware gestual para convertirla en una silla inteligente que “vea” el lugar al cual el paciente se quiere dirigir. Hasta este momento, el prototipo se encuentra operando satisfactoriamente, se seguirán haciendo pruebas con otros materiales para disminuir el peso y facilitar el transporte, así como para aumentar la resistencia de la misma.

Referencias.

[1] INEGI. “Las personas con discapacidad en México: una visión censal” 2004. http://www.inegi.gob.mx/

[2] R. Posada-Gomez, L. H. Sánchez-Medel, G. Alor Hernandez, A. Martínez-Sibaja, A. Aguilar-Laserre, L. Leija-Salas, “A Hands Gesture System Of Control For An Intelligent Wheelchair” In 4th International Conference on Electrical and Electronics Engineering and (ICEEE 2007), Mexico, D.F, 5 – 7 September 2007.

[3] Research on Autonomous Robotic Wheelchairs in Europe. IEEE Robotics and Automation Magazine. March. 2001.

[4] Sunrice Medical Co. “Consideraciones biomecánicas para silla de ruedas”. 2000. http://www.imagina.org/archivos/biomecanica.htm

[5] Society of Automotive Engineers. “Manual SAE, volumen 1”. Warrenville, Pa. 1996. [6] Beer F. P., Jonhston E. R., Eisenberg E. R. “Mecánica Vectorial para Ingenieros Estática”.

McGraw-Hill Interamericana. 7ma. Edición.

La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, páginas 67-76, Mayo 2013. Disponible en línea en www.mecamex.net/revistas/LMEM


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Diseño de Brazo Manipulador Háptico Teleoperado

Alvarado Juárez Diego Armando, Butrón Castañeda Marco Antonio, Díaz Loyo Diego y González García Luis César

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica – Unidad Azcapotzalco, Instituto Politécnico Nacional Av. de las Granjas #682, Col. Sta. Catarina

Resumen

Este trabajo presenta el diseño de un sistema robótico que permite la retroalimentación háptica de un brazo manipulador teleoperado. En este prototipo se pretende implementar el control bilateral a un sistema robótico maestro-esclavo para tener una retroalimentación por parte del dispositivo remoto, en la cual se incluyen las fuerzas experimentadas por dicho dispositivo, lo cual nos da la oportunidad de experimentar una mayor sensación de presencia en el ambiente remoto.

El proyecto parte de la problemática de diseñar un sistema que combine las virtudes de las tecnologías de la teleoperación y háptica, ya que es difícil encontrar dispositivos o proyectos que conjuguen estas áreas de la robótica, y los que existen se encuentran en desarrollo o no son comerciales.

En la elaboración de este diseño se utilizó la metodología del Despliegue de la Función de Calidad, QFD por sus siglas en ingles, con la cual se establecen los requerimientos que deberán cumplirse para solucionar la problemática dada. Para satisfacer dichos requerimientos se propone una serie de conceptos en una lluvia de ideas. Una vez que se cuenta con una variedad de conceptos, se aplican ciertos filtros para poder establecer el diseño que represente la solución óptima al problema planteado.

Palabras clave: Teleoperación, háptica, QFD, retroalimentación.

1. Introducción

Gracias a los dispositivos hápticos, el teleoperador puede controlar un manipulador dentro de un espacio de trabajo útil detectando y retroalimentando las fuerzas correspondientes a colisiones entre piezas del mismo robot o piezas externas con el fin de evitar sobrecargas u otro tipo de daños permitiendo una mejor manipulación.

Con el uso de los protocolos de comunicación existentes se ha logrado eliminar el factor distancia en la problemática de la manipulación, permitiendo realizar ésta en tiempo “real”, tomando en cuenta los retardos propios del sistema. La función de estos protocolos será establecer una descripción formal de los formatos que deben presentar los mensajes para poder ser intercambiados entre el dispositivo háptico y el manipulador.

2. Antecedentes.

Con el desarrollo de la tecnología, el hombre ha tratado de entender su propio funcionamiento para así, poder reproducirlo, como menciona Lederman [1], “Si no se entienden las capacidades y limitaciones de los humanos, no se pueden diseñar sistemas que les permitan operar efectivamente en ambientes remotos, virtuales o reales”, esto, haciendo referencia a la teleoperación y a la tecnología háptica.

La Mecatrónica en México, Vol. 2, No. 2, Mayo 2013.Diseño de Brazo Manipulador Háptico Teleoperado.

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2.1 Teleoperación.

La teleoperación es el conjunto de tecnologías enfocadas a la operación o gobierno a distancia de un dispositivo por un ser humano [2]. En 1947 en el Argonne National Laboratory de Estados Unidos, Raymond Goertz lideró el comienzo de las primeras investigaciones acerca del desarrollo de un manipulador a distancia mediante el uso de otro manipulador equivalente. Culminando en 1948 con el M1, primer manipulador teleoperado mecánico, antecesor de toda la familia de sistemas maestro-esclavo de telemanipulación existentes actualmente. Según Bejcsy [3] la capacidad manipuladora del brazo y la mano humana, es extendida por el acto de teleoperar, a ambientes remotos, físicamente hostiles o peligrosos. Así, después de años de investigaciones, se desemboca en lo que actualmente se conoce como Teleoperación Maestro-Esclavo, en donde un manipulador denominado esclavo reproduce fielmente los movimientos de un dispositivo maestro, controlado a su vez por un operador humano. Desde que surgen estos sistemas de Teleoperación hasta la actualidad se puede notar que ha existido un gran avance; cada vez el área de acción de la teleoperación es más grande y va adquiriendo mayor importancia, las aplicaciones en la actualidad pueden ir desde la diversión y el entretenimiento hasta el rescate de personas en peligro. Un sistema teleoperado consta de cuatro elementos como podemos observar en la figura 2. Basándonos en Nuño [2] describimos estos elementos a continuación:

• Dispositivo teleoperado.-Es la máquina que trabaja en la zona remota y es controlada por el operador.

• Teleoperador.-Es la persona que realiza el control de la operación a distancia, su acción puede ir desde un control continuo hasta intervenciones intermitentes.

• Interfaz.-Se refiere al conjunto de dispositivos que permiten la interacción entre el operador y el sistema de teleoperación.

• Sensores.-Son el conjunto de dispositivos que recogen información, éstos se pueden localizar tanto en la zona remota como la local.

Figura 1, Elementos básicos de un sistema de teleoperación.


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En los años sesentas y setentas la teleoperación alcanzó un nuevo nivel con su utilización en el espacio. El estudio de esta tecnología para tales aplicaciones empezó en 1961 cuando la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos de América, NASA por sus siglas en inglés, le financió un estudio al Massachusetts Institute of Technology (MIT) para conocer los efectos del tiempo de retardo en la manipulación remota, lo que dirigiría para 1968 al primer programa de investigación de teleoperación patrocinado por la Oficina de Investigación de Aeronáutica y Tecnología de dicho país [4].

2.2 Métodos de control.

La intervención del operador puede producirse en muchas formas diferentes, desde la teleoperación directa de los actuadores, hasta solamente la especificación de movimientos, o tareas que se realizan de manera automática en el entorno remoto dejando un poco de lado la ya mencionada idea de Bejcsy[3], ajustándose más con las ideas de Nuño [2].

Los métodos de control se clasifican en dos grandes ramas y son:

• Control Unilateral.- Este tipo de control es utilizado para aquellas actividades en las que no es indispensable tener retroalimentación por parte del dispositivo remoto. En éstas solo se envían señales del maestro al esclavo.

• Control Bilateral.- Es fundamental para la mayoría de las aplicaciones en teleoperación, pues con él se tiene una retroalimentación por parte del dispositivo remoto. Lo que da la oportunidad de experimentar de manera más efectiva mediante la manipulación del maestro en un ambiente remoto. Se le llama bilateral debido a que cuenta con comunicación en dos vías (Maestro-Esclavo y Esclavo-Maestro).

Los sistemas de telecomunicaciones entre los dispositivos que utilizan directamente el operador y el sistema de control local del robot son de vital importancia, ya que es uno de los principales problemas que se pueden encontrar en muchos de los dispositivos teleoperados hoy en día. Ha habido, una evolución en los sistemas de comunicación, pasando de los sistemas mecánicos a los eléctricos, fibra óptica, radio e Internet, suprimiendo prácticamente las limitaciones de distancia, sin embargo se deben considerar seriamente los tiempos de respuesta entre los dispositivos utilizados.

2.3 Háptica.

Como menciona Barrientos [5] actualmente la palabra Háptica no tiene una definición directa. Sin embargo se puede generar un entendimiento de la misma a partir de su raíz, la cual se deriva del griego “Hapthai”, y hace referencia al sentido del tacto.

El sentido del tacto es el primero que se forma en los seres humanos durante la gestación, y debido a esto es el más desarrollado, y aunque no se note, es del que más dependen las personas en la vida diaria. Según Braun [6], el sentido del tacto comprende la percepción de estímulos mecánicos eléctricos, térmicos o químicos.

Los somato-receptores son necesarios para poder detectar estos estímulos y existen 4 tipos:

• Termo-receptores.- Son los encargados de identificar los cambios de temperatura, y así traducirse en señales regulatorias cuando se requiere un ajuste.

• Propioceptores.- Son aquellos que se encargan de informar sobre la posición del cuerpo, y permiten conocer la posición de los órganos con los ojos cerrados.

• Mecano-receptores.- Terminaciones nerviosas libres que poseen un bajo umbral de estimulación y una rápida adaptación.

• Nocio-receptores.- Se activan mediante una • estimulación mecánica fuerte o temperaturas extremas, las cuales pueden producir daño. Al

activarse producen la sensación de dolor.


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En tecnología, háptica se refiere a la ciencia que estudia las aplicaciones de interacción entre las personas en ambientes virtuales y teleoperados. Generando una interfaz háptica se permite al usuario manipular objetos que virtualmente están presentes, pero que realmente no existen o se encuentran en otro lugar.

La investigación de la háptica según Kutchenbecker [7] busca recrear el complejo sentido del tacto para los usuarios de realidad virtual y tele-robótica. Ésta inicia en los años 90´s como resultado de problemáticas y estudios que se llevaron a cabo en áreas como la robótica, la tele-operación, realidad virtual y psicología experimental, incrementando el número de investigadores en universidades y centros de investigación.

2.4 Teleoperación háptica.

Se puede decir que este tema existe desde que existe la teleoperación, pues cuando ésta empezó se utilizaban sistemas que se encontraban conectados por medios mecánicos, por lo que se transmitían las fuerzas a los mandos a distancia. Cuando se dejan de utilizar mandos remotos directamente conectados se hace la separación entre la teleoperación y la háptica.

Hoy en día se ha retomado la unión de estas dos tecnologías para poder realizar nuevos dispositivos y mejorar los ya existentes, logrando así una infinidad de posibilidades como diría Robles [8], “El único límite de las aplicaciones hápticas está dado por el poder de nuestras mentes”.

Con los dispositivos hápticos, el teleoperador puede controlar un manipulador dentro de un espacio de trabajo útil detectando los limites por medio de fuerzas que le impiden salirse del mismo, o bien, sentir las fuerzas correspondientes a colisiones entre piezas del mismo robot o piezas externas con el fin de evitar sobrecargas u otro tipo de daños permitiendo una mejor manipulación.

2.5 Protocolos de comunicación.

Concretamente, los protocolos de comunicación definen las reglas para la transmisión y recepción de la información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos, Almaraz [9].

3. Desarrollo. La finalidad del diseño es resolver problemas, los cuales pueden tener un número variable de soluciones, correctas o no. Por esta razón el método es de suma importancia en el campo del diseño, gracias a él se pueden evitar acciones o soluciones arbitrarias que no resuelvan adecuadamente los problemas planteados. Un problema bien definido conducirá a una solución correcta. El problema de diseño surge de una necesidad, el planteamiento debe contener todos los elementos para su solución, por ello es imprescindible localizar, conocer y utilizar dichos elementos. En la figura 3 se presentan las etapas fundamentales para un diseño adecuado.


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Para cumplir con estas 3 etapas se pretende utilizar la metodología que propone el Despliegue de la Función de Calidad ó QFD por sus siglas en inglés. Dicha metodología consiste en interpretar lo que el cliente quiere y convertirlo en especificaciones para el producto final, lo que se pretende es traducir los requisitos del cliente en características cualitativas para poder transformarlas al lenguaje ingenieril y así determinar cuál es el diseño del proceso.

3.1 Etapa 1. Comprensión del problema.

Para poder comprender el problema es necesario identificar la necesidad. Para este proyecto la necesidad es diseñar una herramienta para realizar pruebas de manipulación a distancia con la capacidad de retroalimentación de fuerzas.

3.2 Etapa 2. Diseño conceptual.

En esta etapa es en donde se lleva a cabo la mayor parte del QFD. Esta metodología nos indica que una vez que se ha identificado la necesidad, es necesario considerar las exigencias técnicas que requerirá el proyecto para satisfacer las expectativas del cliente.

3.2.1 Requerimientos.

Se debe realizar una investigación de sus necesidades para ser capaces de encontrar las variables de decisión correctas. Con el fin de poder realizar un análisis adecuado se separan los requerimientos en 6 tipos, los cuales se indican en la tabla 1.

3.2.2 Determinación de los requerimientos deseables y su importancia.

Este tipo de requerimientos son más difíciles de valorar ya que están fuera de las expectativas mínimas, con lo cual su ausencia no crea descontento sin embargo su integración al proyecto logra otorgar una satisfacción superior.

Tipo Requerimientos/ExpectativasEconómicos Bajo costo Funcionales Entradas/Salidas analógicas

(Medir magnitudes físicas). Paro en caso de emergencia. Configuración cinemática similar al brazo humano. Afectar poco al sistema con retardos. Ancho de banda suficiente para retroalimentar de manera realista. Solo una mano requerida para su operación. Intuitivo para el operador. Limitar fuerzas y velocidades. Evitar vibraciones o movimientos involuntarios. Sentir las fuerzas que actúan en el esclavo. Reproducir de manera confiable los movimientos del maestro. Carga de trabajo de 0.5 kg. Debe tener una pinza de propósito general (Gripper con dedos). Accionamiento eléctrico (motores de C.D.). Fácil de mover o frenar. Buena manejabilidad.

Espaciales Instalable en cualquier aula de la ESIME UPA (Vol. de trabajo). De apariencia - De manufacturabilidad e instalación

Fácil instalación. Fácil mantenimiento. Durable.

De conservación Que sea resistente. Tabla1. Clasificación de los requerimientos.


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En la tabla 2 se establece la separación entre los requerimientos obligatorios y todos aquellos que no son completamente indispensables para cumplir con la necesidad, sin embargo, le dan plusvalía al diseño en general.

Se debe de realizar una ponderación de los requerimientos deseables para poder establecer un orden de importancia de éstos, con lo cual podemos identificar en cuales deberíamos enfocarnos primero, claro está, luego de haber cumplido con todos los requerimientos obligatorios. En la tabla 2 ya se encuentran en el orden de importancia que resulto de la consideración de estos requisitos.

Tabla 2. Separación de requerimientos obligatorios y deseables.

3.2.3 Metas de diseño.

Estas son de suma importancia para poder establecer los alcances del proyecto. Al tener ya los requerimientos obligatorios y deseables perfectamente establecidos, es necesario traducirlos a términos mensurables, lo que ayudará a establecer de manera adecuada los límites que tendrá el sistema una vez terminado.

Como paso en este punto, se utiliza una tabla conocida como la casa de la calidad, la cual muestra una comparación entre los requerimientos, tanto obligatorios como deseables, con los términos mensurables y sus respectivas metas de diseño.


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3.2.4 Análisis funcional.

Una vez analizados todos los requerimientos del cliente y establecidas las metas de diseño, se procede a realizar un mapa de funciones en el que se visualizan todas aquellas actividades que deberá realizar el dispositivo. Partiendo de las funciones primarias, secundarias, terciarias, y así hasta agotar toda acción posible y llegar al “con qué” se realizará dicha labor.

Este mapa de funciones nos ayudará en el siguiente paso para poder establecer la solución al proyecto en cuestión.

3.2.5 Generación de conceptos.

Una vez que se han identificado todas las funciones, se realiza una lluvia de ideas en la que se proponen diversas soluciones que cumplan con dichas actividades. Para poder calcular el número total de posibles soluciones lo que se hace es multiplicar el número de soluciones de cada concepto como se muestra en la ecuación 1.

(1)

Donde C es el número de conceptos generados. Específicamente en este proyecto C alcanzó el orden de los miles de millones; al tener una gran combinación de conceptos, es necesario aplicar ciertos filtros para poder llegar a la solución más adecuada. En esta metodología aplicamos cuatro tipos de evaluaciones para obtener la solución pertinente.

• Evaluación por factibilidad

• Evaluación por disponibilidad tecnológica

• Evaluación basada en los requerimientos del cliente

• Evaluación basada en matrices de decisión

4. Resultados.

El hecho de aplicar los filtros a los conceptos propuestos en un principio da como resultado un concepto ganador, el cual se describe a continuación:

El diseño consiste principalmente en tres partes:

• Dispositivo maestro (figura 4). Para la representación de fuerzas se utilizarán servomotores de imanes permanentes; además se hará uso de transmisiones por cable o tendones para la transmisión del movimiento. Con el fin de conocer tanto la velocidad y la aceleración del dispositivo se pretende acudir a Encoders incrementales. Por último, se ocuparán microcontroladores AVR en conjunto con una PC para poder realizar el control del mismo.


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• Dispositivo esclavo. En este dispositivo se tomarán algunas de las soluciones propuestas para el maestro, como el uso de encoders incrementales, la transmisión por tendones, los servomotores, así como el control por medio de los AVR y la PC. La diferencia estriba en el uso de galgas extensiométricas para conocer la presión y el par que soportará el dispositivo.

Figura 3. Diseño conceptual. Maestro.

• Comunicación. En esta parte se utilizarán como conectores los puertos Ethernet, Serial y USB. En cuanto a la transmisión y recepción de datos, éstas se basarán en los protocolos RS232 y TCP/IP. Por último, las conexiones físicas se darán por medio de un par trenzado.


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Figura 4. Diseño conceptual. Esclavo.

5. Conclusiones.

El uso de este tipo de metodologías resulta crucial al momento de diseñar, pues gracias a ellas se obtienen las características principales del dispositivo que cumplirá con las necesidades del cliente.

La eficiencia en la realización de un proyecto, radica en la relación que guarda el mejor uso de los recursos, el tiempo empleado en su elaboración y el resultado obtenido, de ahí la importancia de determinar el concepto que reúna las condiciones de viabilidad, y cumplimiento de requerimientos obligatorios y deseables, y en consecuencia la relevancia del uso de una metodología de desarrollo que muestre de forma precisa, los beneficios o posibilidades de la aplicación de un método de planeación determinado, resultado del análisis de cada una de las partes a considerar.

Lo anterior permite reconocer que la metodología de despliegue de función de calidad, es una herramienta que permite llevar a la realidad un proyecto, en las mejores condiciones que los diversos ámbitos de competencia exigen.

Por último, como objetivo a corto plazo se pretende terminar el Diseño a Detalle de dicho dispositivo, que comprende el diseño mecánico de los dispositivos maestro y esclavo (ya realizado),así como el desarrollo de los sistemas eléctrico, electrónico y de control.

Este tipo de dispositivos tienen una amplia gama de aplicaciones que van desde la industria médica hasta la industria nuclear, entre muchas otras. Es por esto que es importante continuar con el desarrollo de estas tecnologías.


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Referencias.

[1] Lederman, S., et. al.“Haptic processing of facial expressions of emotion in 2D raised-line

drawings.” IEEE Transactions on Haptics, 2008. [2] Nuño, E., Basáñez, L. “Teleoperación: técnicas, aplicaciones, entorno sensorial y teleoperación

inteligente”, UPC, 2004 [3] Bejcsy, A. “Towards Development of Robotic Aid for Rehabilitation of Locomotion-impaired

Subjects.” California Institute of Technology, 1993. [4] NASA. “Telerobotics plan program.” 1997. [5] Barrientos, A., et al., “Fundamentos de Robótica” 2ª Edición. Ed. McGraw Hill. 2007. [6] Braun, E. “El Saber y los Sentidos” 2ª Edición. Ed. Fondo de Cultura Económica.1997. [7] Kutchenbecker, K., et. al. “Haptic Display of Contact Location”. 12th International Symposium on

Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems. IEEE 2004. [8] Almaraz, A. “Curso de Familia de Protocolos TCP/IP” 2000. [9] Robles, G. “The Importance of the Sense of Touch in Virtual and Real Environments”. IEEE

Multimedia 13(3), Special issue on Haptic User Interfaces for Multimedia Systems. 2006.

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