Diseño e Implementación de un Sistema de Telemanipulación para la operación remota del manipulador robótico del Laboratorio de Automatización de la Universidad Autónoma de Bucaramanga, por medio de una sistema de estimación de la posición de la muñeca y un sistema háptico para manipulación de objetos

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dc.contributor.advisorRoa Prada, Sebastián
dc.contributor.advisorRueda Sánchez, Oscar Eduardo
dc.contributor.apolounabRoa Prada, Sebastián [sebastián-roa-prada]spa
dc.contributor.apolounabRueda Sánchez, Oscar Eduardo [oscar-eduardo-rueda-sánchez]spa
dc.contributor.authorCarvajal Solano, Diego Andres
dc.contributor.cvlacRoa Prada, Sebastián [295523]spa
dc.contributor.cvlacRueda Sánchez, Oscar Eduardo [00001002588]spa
dc.contributor.googlescholarRoa Prada, Sebastián [xXcp5HcAAAAJ]spa
dc.contributor.googlescholarRueda Sánchez, Oscar Eduardo [WtioYOUAAAAJ]spa
dc.contributor.orcidCarvajal Solano, Diego Andres [0000-0002-5391-0599]spa
dc.contributor.orcidRoa Prada, Sebastián [0000-0002-1079-9798]spa
dc.contributor.orcidRueda Sánchez, Oscar Eduardo [0000-0002-8977-9764]spa
dc.contributor.researchgateRueda Sánchez, Oscar Eduardo [Oscar_Sanchez40]spa
dc.contributor.researchgroupGrupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYMspa
dc.contributor.researchgroupGrupo de Investigaciones Clínicasspa
dc.contributor.scopusRoa Prada, Sebastián [24333336800]spa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.coverage.temporalEnero 2022 – Noviembre 2022spa
dc.date.accessioned2023-03-07T16:14:45Z
dc.date.available2023-03-07T16:14:45Z
dc.date.issued2022-11-21
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.description.abstractActualmente in la Universidad Autonoma de Bucaramanga UNAB se han desarrollado pocos proyectos de investigacion que busquen ayudar a los estudiantes a desarrollar sus actividades de forma remota. Los estudiantes tampoco cuentan con infraestructura sobre la cual puedan realizar investigaciones sobre los sistemas de teleoperación, hapticos y de estimación de posición, este es el problema sobre el cuál se basa este proyecto. Teniendo en cuanta esto, se decidió desarrollar un sistema de teleoperación de bajo costo basado en una cámara RGB y que ofrece un plataforma la cuál los estudiantes pueden utilizar como base para futuros proyectos de investigación en nuevas estrategias de teleoperación, nuevas estrategias de control de interfaces hápticas y nuevas estrategias de estimación de posción que puedan mejorar el desempeño del sistema. El sistema de teleoperación hace uso de marcadores de referencia como los markadores ArUco, los cuales permiten realizar la estimación tanto de su posición como de su orientación por medio de las imágenes de una cámara RGB y el algoritmo diseñado por los creadores de los marcadores. El sistema háptico usa sensores de presión resistivos los cuales permiten medir la fuerza que ejerce la pinza sobre el objeto que está siendo manipulado y a su vez usa esta medición para controlar el motor DC en la herramienta háptica que realiza la retroalimentación de fuerza sobre el usuario. Esta herramienta háptica se diseñó con el fin de que pueda ser ajustable y de esta manera ser usada casi por cualquier persona.spa
dc.description.abstractenglishCurrently, in the Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB, there have been a few research projects that aim to help students carry out their activities remotely. The students also need the infrastructure for the research on teleoperation, haptic feedback, and pose estimation systems. This is the research problem on which this article is based. Based on this, it was decided to develop an RGB camera-based teleoperation system that is low-cost and offers a platform the students can use as a base for the future development of new teleoperation strategies, new control strategies for haptic feedback systems, and new pose estimation strategies that could improve the performance of the system. The teleoperation system makes use of reference markers like the ArUco markers that allow the estimation of its pose by just using an RGB camera and the algorithm developed by the creators of the markers. The haptic system uses resistive pressure sensors to measure the force exerted by the gripper on the manipulated object, and using that measurement it controls a DC motor on the haptic tool that gives the force feedback to the user. This haptic tool was also designed to be adaptable and allow almost anyone to use it.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.tableofcontentsAbreviaturas ..................................................................................................15 Simbología .....................................................................................................16 1.. Introducción .............................................................................................17 2.. Antecedentes ............................................................................................18 3.. Marco Teórico ...........................................................................................21 3.1. Telerobótica ............................................................................................21 3.1.1. Arquitectura .........................................................................................21 3.1.1.1. Control Directo .................................................................................22 3.2. Háptica .....................................................................................................23 3.3. Cinemática ...............................................................................................24 3.3.1. Cinemática directa ...............................................................................24 3.3.1.1. Notación de Denavit-Hartenberg ...................................................24 3.3.1.2. Transformación entre sistemas de coordenadas ........................25 3.3.2. Cinemática inversa de posición .........................................................25 3.4. Captura de Movimiento .........................................................................26 3.4.1. Marcadores de referencia ..................................................................26 3.4.1.1. Marcadores ArUco ............................................................................27 3.5. Sensores ...................................................................................................28 3.5.1. Encoders rotativos ...............................................................................28 3.5.2. Sensores de fuerza ..............................................................................29 3.5.2.1. Sensores resistivos ...........................................................................29 3.6. Actuadores ...............................................................................................29 3.6.1. Actuadores eléctricos ..........................................................................29 3.6.1.1. Motor DC ............................................................................................30 63.7. Microcontroladores ...............................................................................30 3.7.1. Arduino ...................................................................................................30 3.7.1.1. Arduino UNO ......................................................................................30 3.8. Proceso de Fabricación ............................................................................31 3.8.1. Impresión 3D ..........................................................................................31 3.9. Software .....................................................................................................32 3.9.1. Blender ....................................................................................................32 3.9.2. SolidWorks ..............................................................................................32 3.9.3. Arduino IDE .............................................................................................32 3.9.4. Robot Operating System (ROS) ............................................................32 3.9.4.1. Comunicación en ROS ........................................................................33 3.9.4.2. Nodos ....................................................................................................33 3.9.4.3. Paquetes en ROS .................................................................................33 3.9.4.4. MoveIt ...................................................................................................34 4.. Objetivos ......................................................................................................37 4.1. Objetivo General ........................................................................................37 4.2. Objetivos Específicos .................................................................................37 5.. Metodología ..................................................................................................38 6.. Desarrollo ......................................................................................................40 6.1. Requerimientos y funcionalidades ..........................................................40 6.1.1. Diagrama de análisis de la necesidad ..................................................40 6.1.2. Análisis funcional ....................................................................................40 6.2. Descripción del sistema ............................................................................41 6.3. Diseño mecánico y eléctrico .....................................................................42 6.3.1. Herramienta háptica ..............................................................................42 6.3.1.1. Diseño mecánico ..................................................................................42 6.3.1.2. Diseño eléctrico ....................................................................................47 76.3.2. Extremos de la pinza Robotiq 2F-85 ...................................................47 6.3.2.1. Selección de los sensores ...................................................................47 6.3.2.2. Diseño mecánico de los extremos de la pinza .................................48 6.3.2.3. Diseño electrónico para la medición de fuerza ................................49 6.4. Construcción del sistema ...........................................................................50 6.4.1. Herramienta háptica ................................................................................50 6.4.2. Extremos de la pinza ................................................................................53 6.5. Programación del sistema ..........................................................................55 6.5.1. Explicación del código ..............................................................................56 6.5.1.1. Herramienta Háptica .............................................................................56 6.5.1.2. Captura de movimiento ........................................................................60 6.5.1.3. Robot UR3 ...............................................................................................62 6.5.1.4. Pinza Robotiq 2F-85 ...............................................................................64 6.6. Integración del sistema ...............................................................................66 6.6.1. Comunicación maestro-esclavo ..............................................................66 6.6.2. Integración de la captura de movimiento y el control del robot UR3 ...................................................................................................67 7.. Resultados .......................................................................................................70 7.1. Resultados esperados ..................................................................................70 7.2. Planos de diseño ...........................................................................................70 7.2.1. Planos de la herramienta háptica ............................................................70 7.2.2. Planos de la caja de electrónicos de la herramienta háptica ...............70 7.2.3. Planos de la caja de electrónicos del sensor de fuerza .........................70 7.3. Código del programa .....................................................................................70 7.4. Simulación .......................................................................................................71 7.5. Prototipo ..........................................................................................................71 7.5.1. Validación del prototipo .............................................................................72 7.6. Artículo científico ............................................................................................74 8.. Discusión de resultados ...................................................................................75 89.. Conclusiones ....................................................................................................76 Anexos ......................................................................................................................79 Anexo A ....................................................................................................................79 Anexo B ....................................................................................................................80 Anexo C ....................................................................................................................81 Anexo D ....................................................................................................................82 Anexo E .....................................................................................................................83 Anexo F .....................................................................................................................84 Anexo G ....................................................................................................................85 Anexo H ....................................................................................................................91 Anexo I .....................................................................................................................93spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/19198
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
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dc.titleDiseño e Implementación de un Sistema de Telemanipulación para la operación remota del manipulador robótico del Laboratorio de Automatización de la Universidad Autónoma de Bucaramanga, por medio de una sistema de estimación de la posición de la muñeca y un sistema háptico para manipulación de objetosspa
dc.title.translatedDesign and Implementation of a Telemanipulation System for the remote operation of the robotic manipulator of the Automation Laboratory of the Universidad Autónoma de Bucaramanga, by means of a wrist position estimation system and a haptic system for object manipulationspa
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