(2010) Control de Un Robot Articular Mediate Guante Sensor

zz

dular

s

idtadmv(

inpmMyindltc

HmfCsd

rcE

ResumenEnde una interfaz un robot articuas posiciones ar

realizar al robot

Palabras clavsensor, FPGA, A

El uso de robdo en incremareas complej

diversos mecanmedio de difervisin, PDAs,(control por int

Los primero

ntencin de perifricos de manos; y la cMattel Power Gy desarrollo denterfaces para

desarrollo de eenguaje de seelemanipulaci

cientfica, msi Algunas inte

HandMaster qmovimiento defue diseado paCyberGlove fuseas americandesarrollado pa

Una de las in

robtica en el tcon problemasEsto debido a l

C

n este trabajo shumana con unlar de tres grarticulares de lost.

ve: Interfaz humAlgoritmo de co

I. INTRbots para diver

mento desde unjas. En la acnismos para corentes interface, Joystick, sisternet), tacto y

os guantes elreducir las llas computado

comercializaciGlove marcaroe proyectos usaa uso de la cesta tecnologaeas aunque sun, realidad vica y videojueg

erfaces de esteque es un e flexin de loara controlar l

ue desarrolladono al idioma ara escribir en u

nnovaciones imtratamiento de

s de movilidadla investigaci

Control dJ. Sal

Av. San C

joeljo

se describe el dn guante sensor dos de libertads dedos se le asi

mana, Modelo Dontrol.

RODUCCIN rsas reas de lana simple mactualidad se hontrolar sistemes tales comostemas remotoreconocimient

ectrnicos se limitantes queoras imponan n del VPL Dn la pauta para

ando guantes ecomputadora; a permiti darus principal uvirtual, medicigos [1].

e tipo son el gguante muy

os dedos pero a mano robot

o para traducingles [3] y

un teclado virtu

mportantes, es e rehabilitacind en los miemn y experimen

de un robome, M. A. V

Claudio y 18 S

[email protected]@

diseo y desarropara el control

d. Dependiendoignar una tare

Dinmico, Gua

a investigacinanipulacin hahan desarrolla

mas robticos po: los basados s o teleoperadto de voz.

crearon con e los elemenen el uso de

DataGlove y a la investigac

electrnicos cosin embargo, les aplicacin so se dirige ana, visualizac

guante Dexterocompleto p

muy voluminoUTA/MIT [2]ir el lenguaje el AcceleGlo

ual [4].

la aparicin den en los pacienmbros superiorntacin de nuev

bot articuVargas, S. VeSur, C.U. San

Grupo de roap.mx, [email protected]

Telfono:

ollo l de

o de ea a

ante

n ha asta ado por en

dos

la ntos

las del in mo

el en

a la in

ous para oso , el de

ove

e la ntes res. vas

metodointeracttanto, hal mism

Este

utilizanarticulade tranprincipatransmitse encarlas tarea

Mediadel guapalabrascomuniProgra El FPencodercomputla comrespondenviara

ular medergara, F. ReyManuel, Edi

obtica, [email protected] y dorian_9(52)-55-5623

logas, con la tan con el pachacer ms eficamo tiempo redu

trabajo descrindo un guanaciones de un nsmisin direcalmente: Una tir los datos obrga de adquiriras que realizar

II. DEante un PIC seante y se cons digitales icacin inalmmmable Gate

PGA obtendr rs de los mottadora a travs

mputadora ejeda enviando un

una seal a lo

Figura 1. D

diante unyes, D. Rojasficio 109-A 7-BUAP

ap.mx, freyes@[email protected]

utilizacin deciente a fin de az la intervenc

ucir los costos a

ibe el diseo nte sensor robot de tres g

cta, el sistemaque se encargabtenidos del gur los datos, con el robot ante

ESCRIPCIN DEL

e obtendrn lonvertirn en un

sern envmbrica a un Fe Array).

las palabras ditores del robo

s del bus PCI, cute un algona accin de cos drivers de lo

Diagrama a bloq

n guante ss y J.A.Mijare72570, Puebla

@ece.buap.m.com,

e sistemas rob complementacin del fisioteasistenciales.

de una interfapara manipu

grados de libera consta de a de sensar, duante sensor, lantrolar, asignare un comando.

L SISTEMA s valores de lona palabra dig

viadas mediaFPGA(del ing

igitales y la lecot y los envipara que desp

oritmo de cocontrol al FPG

os motores del

ques del sistem

sensor es a, Pue.

mx

bticos que ar y, por lo erapeuta, y

az humana ular las rtad (GDL) dos partes igitalizar y a otra parte r y mandar

os sensores gital, estas ante una gls Field

ctura de los iar a una us de que

ontrol esta GA el cual robot.

ma.

Congreso Anual 2010 de la Asociacin de Mxico de Control Automtico. Puerto Vallarta, Jalisco, Mxico.

fs

radC m

ilaD

F

Para el obtformulacin Lsistema ser:

Donde

representa la aceleracin arti() denominada mCoriolis y ()

Se obtiene manipulador.

(, ) =12

Donde I es el, es la distaargo del eslab

Donde i=1, 2, 3

III. MODEL

Figura 2. Robo

tener el modagrangiana [5

= () + representa

velocidad articular,

es una matrmatriz de inerci) vector dla energa ci

+ + + sin()+ 2 sin()+ cos( ++ [ + s+ 2 sin()+ 2 sin( ++ + ++ 12 [2co+ 2 sin()+ 2[ cos+ 2 sin( ++ 12 [

+ + 12 [2[

++ 12 [2 c+ 2 cos( +

l tensor de inerancia al centro

bn i y es u3.

LO DINMICO

ot articular de 3

delo dinmico]. La estructu

(, ) + (la posicin a

ticular, es el vector de

riz simtrica dia, (, )) de par gravitac

intica y pot

+ sin+ cos()cos() + s

+ )in( + ) +) sin( + )]+ ) cos( +[ + + 2os()+ 2 cos(s( + ) + + ) + 2 co]

cos()] +cos( + ) + 2+ )]

rcias, es la o de masa del ena distancia d

3 GDL.

o se utilizan ura dinmica

) articular, representa e pares aplicaddefinida posit matriz

cional.

tencial total

n()

sin( + )

sin()

) +12 [

2 cos()]]

) cos()]os( + )]

+ 2]2 sin( +

masa del eslabeslabn i, es

debido al moto

la del

(1)

la

dos, tiva

de

del

)

(2)

bn s el r i.

(

Desar

(, )

Sustitque la mde inerc

=

=

=

Una coeficiecomo:

(

() = + +

rrollamos la sig

(, ) =

) = 12 +

+ 12+ 12

tuyendo la ecumatriz () dcias:

()

+ ++ s+ 2+ c+ [+ 2+ 2

= = + + +

= = +

+ + = =

manera de oentes o smbo

) =

[ cos[ cos(

guiente ecuaci

+ 12 +

+12

+12

uacin 2 en la debe ser simtr

=

+ + sin() + sin() cos(cos( + ) + sin( sin() sin( sin( + )

cos() + cos( + sin() + [ cos( cos( + cos( + )+ + [

= [ + = +

obtener (, olos de Chri

() +

s()]) cos(

n:

12 +

+12

ecuacin 4 y rrica, se obtien

sin()cos()) + sin

+ ) + si( + )]) cos( + )

sin( +) cos()+ ) + c) + sin()

+ + 2 cos()] + + .

) es a travstoffel ()

()

(

+ )] (3)

(4)

12

recordando e la matriz

( + )

in()

)

cos()] ( + )

cos()]

vs de los definidos

) . (5)


Donde () denota el -simo elemento de la matriz de inercia ().

(, )

= sin() cos() + sin() cos()

cos() sin() + cos() sin()+ sin( + ) cos( + )+ sin() cos()+ cos() sin( + )+ sin() cos( + )+ sin( + ) cos( + ) cos( + ) sin( + )+ cos( + ) sin( + )+ [ sin( + ) cos( + )+ sin() cos( + )+ sin( + ) cos( + ) cos( + ) sin( + )+ cos( + ) sin( + )]

= sin() cos() + sin() cos()

cos() sin() + cos() sin()+ sin( + ) cos( + )+ sin() cos()+ cos() sin( + )+ sin() cos( + )+ sin( + ) cos( + ) cos( + ) sin( + )+ cos( + ) sin( + )+ sin() sin( + ) sin() + cos() sin() + cos( + ) sin( + ) + [ cos( + ) sin( + ) sin( + )]

= sin( + ) cos( + )

+ sin() cos( + )+ sin( + ) cos( + ) cos( + ) sin( + )+ cos( + ) sin( + )+ [ cos( + ) sin( + ) sin( + )] + cos( + ) sin( + ) sin( + )]

= [ sin() cos() sin() cos()+ cos() sin() cos()+ sin() sin( + ) cos( + ) sin() cos() cos() sin( + ) sin() cos( + ) sin( + ) cos( + )+ cos( + ) sin( + ) cos( + ) + sin( + )]

= sin()

= sin() sin()

= [ sin( + ) cos( + )

sin() cos( + ) sin( + ) cos( + )+ cos( + ) sin( + ) cos( + ) + sin( + )]

= sin()

= 0 Por ltimo se obtiene el vector de pares gravitacionales:

() = ()

() = 0

sin() + [sin() + sin( + )] sin( + )

El modelo dinmico (1) de un robot manipulador se puede expresar en trminos del vector de estados [ ] de la siguiente forma:

=

()[ + (, ) + ()] (6)

IV. ALGORITMO DE CONTROL Aqu se presenta el controlador propuesto:

= ()()() ( )( )( ) + () (7)

Debido a que este algoritmo de control es una nueva propuesta se pretende estudiar su comportamiento en esta aplicacin. Basados en este algoritmo de control de posicin, se puede establecer como hiptesis que mediante la correcta seleccin de las matrices de ganancia del controlador ste llevar al robot de su posicin inicial a la deseada, esto es, el error de


pc pe rd

pscd

sed

rsegin

p

trsP

posicin articulconforme el tie

Con el propresentamos coel segundo mt

Considere el representado edespus de sust

= ()

Mediante unapunto de equilsiguiente etapacandidata definde energa.

(, ) = 12

Derivando cosiguiente puntoevaluando las tde operaciones

De este resulrespecto al tsemidefinida nestabilidad. Paglobal y asintnvarianza de L

Con esto garapunto de equilib

V El sistema deres grados de l

se encuentra ePuebla siendo e

lar del sistemampo evolucion

opsito de vomo prueba el todo de Lyapun

sistema en lazen variables dtituir la ley de c

()cosh(1 + (

a breve inspeclibrio del sistea del anlisis, snida positiva, b

() + 12ln(1

on respecto alo en el anlitrayectorias de matemticas t

(, ) =

ltado podemostiempo de lanegativa, por lra garantizar q

ticamente estaLaSalle.

= = antizamos la esbrio del sistem

V. PLATAFORMesarrollado actlibertad de tranen la Benemren este mismo

a tendera asintna al infinito.

validar la hipanlisis de estanov [6]:

zo cerrado conde estado, el control (7) en l

))

( )co1 +

ccin, se deduema es el origse propone la basada en el m

())

l tiempo la fusis de estabilsistema y desp

enemos que la

( )(( )

s asegurar quea candidata elo que solo pque el punto able, se recurr

= 0: (, ) =stabilidad glob

ma en lazo cerra

MA EXPERIMENT

ta sobre un rnsmisin directrita Universida lugar donde fu

ticamente a c

ptesis anteriabilidad media

ntrolador robcual se obtie

la ecuacin (6)

osh( )( ) + (, )

uce que el ngen [0,0]. Parasiguiente func

mtodo de mold

ln(1 ())

uncin candidaidad. Derivanpus de una sederivada es:

)

e la derivada ces una funcodemos asegude equilibrio

re al principio

= 0 al y asinttica ado.

TAL robot articularta, figura 3 el cad Autnoma ue construido.

ero

ior, ante

bot, ene ):

nico a la in deo

)

ata, ndo, erie

(8)

con in

urar sea de

(9)

del

de cual

de

Se utcomputdatos yrobtica

VI. El sisde senssuperiorseccionpolistefijos a lde las apara quguante s Para flexin divisor variaciovoltaje Las sanalgicconvierprotoco

Figura 3.

tiliza para el tadora con Lay control (TACa de la BUAP.

SISTEMA ELECT

stema desarrollsores de flexir de los dedo

nes superior e er elstico con los sensores en

articulaciones. Lue tome la formseguir fielment

detectar la valos sensores

de voltaje, las ones de la resises la cantidad

seales de los cos digitales d

rten las sealesolo de comunic

Robot articula

control del abview y la taC1) [7] desar

Figura 4. TAC

TRNICO PARA

lado en este trin resistivos,os. El guante inferior. La receptculos p

n el lugar ptimLa parte inferioma anatmica te los movimie

ariacin de suse conectan cvariaciones de

stencia por conde flexin que

sensores entrdel PIC, en els en datos digcacin SPI del

ar de 3 GDL.

robot manipuarjeta de adqurrollada por el

C1.

A LA INTERFAZ H

rabajo, utiliza , montados enest construisuperior est

para contener ymo para sensaror est hecha dde la mano y

entos de la man

u resistencia dcomo parte ace voltaje represnsiguiente, la c experimento e

aran a los conl PIC adems gitales, se impl Mdulo nRF

ulador una uisicin de l grupo de

HUMANA

tecnologa n la parte do en dos

hecha de y mantener r la flexin de tela licra permitir al

no [8].

debida a la tiva en un sentan a las cantidad de el sensor.

nvertidores de que se

lement el F24L01 [9]


pd

ccdPr efU

ftieaaa rqddn

para configurardigitales.

De la mismcomunicacin Scomo receptor digitales sern PCI para que robot realice un

Cabe mencioelectrnica necfueron diseaUniversidad A

VII. SISTEM

La relacin eforma, el roboienen tres ser

encoder y su aplicado a su analgica de enadquisicin y c

El nmero derobot es determque acopla las decodificadas ede pulso a travnmero de pul

rlo como trans

Figura 5.Int

ma forma se SPI del Mdulpara recibir loenviados a tradependiendo d

na tarea.

onar que tanto cesaria para rados y desar

Autnoma de Pu

Figura 6 Md

MA DE CONTROLINTERFA

entre los compot cuenta con rvomotores demanejador; carespectivo m

ntrada, ademsontrol las sea

e pulsos que seminada en la ta

seales del enen el FPGA, envs del bus dlsos se calcul

smisor para en

terfaz humana.

implement lo nRF24L01 pos datos digi

avs del bus dede los valores

el guante senrealizar la adqurrollados en uebla.

dulo nRF24L01

L DEL ROBOT AAZ HUMANA ponentes se datres articulac

e transmisin ada manejadorotor en funcis de proporcionales generadas p

e desplaza cadarjeta por medncoder, para pn un programa

de comunicacia en la PC e

nviar las palab

el protocolo para configuratales, estos dae comunicacions de los datos

nsor, as comouisicin de da

la Benemr

1.

A TRAVS DE LA

a de la siguieiones, las cua

directa con r produce el pn de una senar a la tarjetapor el encoder

a articulacin dio de un circuosteriormente

a se lee el nmn PCI, con el desplazamien

bras

de arlo atos nes s el

o la atos rita

A

ente ales

un par

eal a de .

del uito ser ero

este nto

angular las poside estosaplicadovalores tarjeta,acoplamque son Paralesensorerecibidosern ePCI, me En esel prime Dedos deMeique

70

(dfpdup

mmscr

V

Figura 7. Er

En la figura

(qt1), el hombrdedo ndice se fue de 45 gradposicin deseadltimo mediandeseada al codoun tiempo de 2posicin desead

Figura 8. Tor

En la figura motores. Tau1 motor de la bassuministra al mcorresponde al robot.

VIII. RESULTA

rrores de posicprop

7 se observa ro (qt2) y el cole asigna la po

dos, mediante da al hombro

nte el dedo ano la cual fue d

2 segundos parada.

rques obtenido

8 se muestra corresponde

se del robot, Tamotor del homb

par que se le s

ADOS OBTENID

cin obtenidos puesto.

el error de poodo (qt3) del roosicin deseada

el dedo mediola cual fue de

nular se le asde 90 grados. Sa llevar a los tr

os con el regula

los pares sumal par que se au2 correspondbro del robot ysuministra al m

DOS

con el regulado

osicin de la bobot. Mediantea a la base la co se le asigna

e 45 grados y psigna la posicSe puede obserres eslabones a

ador propuesto

ministrados a le suministra

de al par que sey por ultimo Tamotor del codo

or

ase e el cual a la por in var a la

.

los a al e le au3 del

Una comunipermiteindustripodra sustanci

Con que en tratamieencaminproblem

Cabe

Benemguante, necesar

En lo

desemp Se ob

transmitpara enmuestre

[1] DipietmovemenDevelopm [2] Leybmovimien1, 2006, p [3] Kramverbal report. SCalif.198 [4] Hernawhole-hanAbstracts [5] MurManipula [6] RafManipula [7] LenF.,TarjetCINDET,Electricis [8] Lagsensor dede Puebla [9] Robhttp:==ww23&Categ

IXde las venta

icacin inalmbe realizar tareaia nuclear, all

llevar a cabias peligrosas s

el desarrollo dun futuro se p

ento de rehabilnadas a mejo

mas de movilid

e mencionar qurita Universid

la tarjeta de ria para su func

o que se refierepeo aceptable

bserva que nute 4 bytes en

nviar la informeo de las seale

tro L, Sabatini A.nt acquisition. ment. Vol. 40,No 2

n J, Ramirez Rnto de los dedos depp 57-68

mer J, Leifer L. Tcommunication ai

Stanford Universit9.

andez J, Kiriakopnd input device fo

s and Applications

rray Richard, Li Zation; CRC Press;

fael Kelly, V. Saadores; Prentice Ha

n-Bonilla A., Veta PCI para cont, IEEE seccin Mo

stas A. C., 2006.

gunes Limn A.Je posiciones, Tesisa, Mxico.

bodacta, Modulo ww.robodacta.comgoriaID=38&SubC

X. CONCLUSIOajas que ofrebrica con el si

as de forma re un operario,

bo operacionesin riesgo para

de este trabajo pueda implemlitacin y otro orar el desemdad de las extre

ue todo el sistemdad Autnomaadquisicin d

cionamiento.

e al controladopara esta aplic

uestro sistema 400 microseg

macin de 16es se realiza ca

REFERENCIA. Evaluation o fa

Journal of R2, March/April, pp

R, Taboada P. Sene las manos. Comp

The talking gloveid for the deaf, dety. Dept. of Ele

poulos N, Lindemor virtual reality, (, ACM SIGGRAP

Zexiang; A Mathem1994.

antibez; Controall; 2003.

ergara Limn S.,trol de un robot orelos y la Asocia

J., (2009) Diseo s de Maestra. Ben

RF [consulta 13m.mx=activacioncaCategoriaID=85.

ONES ece esta interstema a contro

emota. Por ejem, desde un luges de manipua l.

se sientan las mentar un sistem

tipo de prcticmpeo de pacemidades super

ma fue desarroa De Puebla ede datos y la

or utilizado se cacin.

de transmisigundos tiempo6 sensores yada 2 milisegun

AS an instrumented glRehabilitation Re. 179-190. 2003.

nsor fotoelctricoputacin y Sistema

e: an expressive aeaf-blind and non

ectrical Engineerin

man R. The Acc(Technical sketch)

PH 2002. P.

matical Introductio

ol de Movimient

, Vargas Treviocon tres grados

acin Mexicana de

y construccin demrita Universid

de enero 2010]artproducto.asp?P

rfaz, es la olar, lo que mplo en la gar seguro ulacin de

bases para ma para el as mdicas ientes con riores.

ollado en la el robot, el electrnica

obtiene un

n de datos o suficiente ya que el ndos.

love for hand esearch and

o aplicado al as Vol. 10 No

and receptive n-vocal. Tech. ng. Stanford,

celeGlove: A ). Conference

on to Robotic

to de Robots

o M., Reyes de libertad,

e Ingenieros y

de un guante dad Autnoma

, Disponible: roductoID=4


(2010) Control de Un Robot Articular Mediate Guante Sensor

Documents

Transcript of (2010) Control de Un Robot Articular Mediate Guante Sensor