Team Instituto Santiago Apostol: luis miguel

Published April 21, 2017

Sistema de trabajo telemático

Con este proyecto pretendemos llevar a cabo una unión productiva y útil entre los humanos y las máquinas.

AdvancedShowcase (no instructions)Over 1 day219

Things used in this project

Hardware components

Arduino UNO

SparkFun Bluetooth Modem - BlueSMiRF Silver

Jumper wires (generic)

OpenBuilds Cable Ties (10 Pack)

Arduino Mega 2560

Tessel nRF24 Module

RobotGeek Continuous Rotation Servo

Driver DRV8825 for Stepper Motors for Theremino System

Hand tools and fabrication machines

Soldering iron (generic)

Hot glue gun (generic)

Laser cutter (generic)

Story

1 / 2

Objetivo

El objetivo principal es la creación de un nuevo precedente en cuanto a sistemas de trabajo a distancia que haga posible la mejora del rendimiento y la efectividad en situaciones en las que sea necesaria la intervención humana pero no pueda ser llevada a cabo directamente por razones físicas (falta de capacidad, peligro para la salud, riesgo excesivo...). Podría ser usado en el trabajo con residuos radioactivos, industria metalúrgica, reconocimiento y toma de muestras, contención de infecciones, desactivación de bombas... El proyecto también tiene como meta el estudio de la anatomía humana y sus aplicaciones en los campos de la robótica y los sistemas para realizar tareas a distancia uniendo la inteligencia y razonamiento humano con las prodigiosas capacidades de los sistemas actuales.

Además a lo largo de este documento se profundizará en los distintos elementos que componen el prototipo y su funcionamiento para entender la forma en la que funcionará un modelo real aplicado a situaciones reales.

Sistema emisor

La parte electrónica será controlada por una placa Arduino Mega la cual funciona gracias a un chip ATmega2560 integrado en ella. Esta placa pone a nuestra disposición 54 pines digitales y 16 entradas analógicas, en el caso de el sistema emisor solo utilizaremos estas últimas.

Los sensores encargados de medir las posiciones serán de dos tipos, potenciómetros y MPU5060. Los potenciómetros nos dan valores de 0 a 1023 en la entrada analógica, este amplio rango de valores y su gran precisión y fiabilidad los hacen perfectos para incluirlos en nuestro proyecto. Por otra parte el MPU5060 es un sensor gracias al cual podemos medir el ángulo de inclinación en tres ejes recibiendo valores con un rango de entre -17000 y 17000.

Por último la construcción de esta parte se hará con madera prensada para la carcasa de la electrónica, tirantes elásticos y una serie de velcros para sujetar el dispositivo al operario.

Sistema receptor

Al igual que en el emisor la base será una placa Arduino Mega aunque en este caso solo usaremos algunos de los pines digitales.

Dividiendo los distintos elementos en función de la articulación que representan tenemos:

Hombro: Usamos dos servos de 180 grados con un torque de 15 kg/cm.

Codo: De nuevo dos servos de 180 grados, esta vez el torque es de 4 kg/cm al ser menor el peso que tienen que mover.

Antebrazo: Un servo de 180 grados con un torque de 4 kg/cm.

Muñeca: Un solo servo de 180 grados con un torque de 4 kg/cm.

Accesorios: Dependiendo de la función se han utilizado en el prototipo motores DC controlados por un driver L298N o servos con torques menores que para el resto de articulaciones.

La conexión entre el ordenador y el brazo robótico se realizarán a travé de un módulo bluetooth (HC05) usando el puerto COM, con una velocidad de 9600 baudios.

Finalmente la construcción se hará en láminas de PVC con un grosor de 4mm. Este material ha sido seleccionado por su versatilidad, resistencia y la facilidad de corte. Las piezas tendrán las formas y dimensiones mostradas en la página 12.

Aplicaciones

Como venimos indicando desde el principio del proyecto las aplicaciones para este sistema son muy diversas y seguramente variarán en función de las necesidades de cada sector, aun así vamos a exponer los cuatro ámbitos en los que creemos que supondría una mejora sustancial del proceder actual.

Desactivación de explosivos:

Este es un punto clave para las fuerzas de seguridad. En el mundo actual donde el terrorismo parece estar en auge son cada vez más frecuentes los avisos de paquetes sospechosos, en parte fomentado por el miedo de la población. Aunque un alto porcentaje de los casos terminan por ser falsas alarmas siempre existe la posibilidad de que sea una amenaza real. El sistema que hemos desarrollado permite que un operario tenga visión y capacidad de actuación sin poner en riesgo su integridad física. Gracias a este sistema además podrá proceder a la desactivación del explosivo de forma telemática usando los movimientos de su brazo como principal mando de control y tener así una gran velocidad de reacción ante situaciones inesperadas que con frecuencia se presentan en estos casos tan extremos.

Cirugía telemática:

La medicina está muy diversificada y es seguramente en el campo de la cirugía donde esta ramificación se hace más palpable teniendo especialidades muy concretas y especialistas extremadamente cualificados en cada campo. Aún así las urgencias no surgen donde se desearía y no podemos tener a los mejores especialistas en todos los lugares, o sí… El sistema de trabajo que hemos desarrollado permitiría operaciones telemáticas desde cualquier parte del globo, de esta forma podríamos llevar asistencia médica quirúrgica de la más alta calidad a los lugares donde sea necesario de una forma rápida. Además la forma de trabajar sería basada en los movimientos humanos por lo que las reacciones y movimientos serían mucho más precisos. Sobre todo esta ayuda sería necesaria en los países menos desarrollados, las bases de estudio situadas en las zonas árticas las cuales no tienen la asistencia necesitada en muchas ocasiones debido a la situación geográfica e incluso en misiones espaciales como la Estación Espacial Internacional donde es muy costoso mandar un cirujano.

Contención biológica:

En los casos de epidemia los protocolos de actuación no son siempre un método totalmente fiable para evitar la propagación. Un ejemplo lo tenemos en la España reciente cuando una enfermera resultó infectada de Ébola mientras atendía a un paciente en cuarentena. Con el sistema que hemos desarrollado podemos reducir la intervención humana en este tipo de casos pudiendo realizarse de forma no presencial la mayoría de las pruebas y funciones de médicos y enfermeros.

Trabajo con radiación:

No es lo más común pero en múltiples ocasiones hemos tenido conocimiento de accidentes con residuos radioactivos, en estos casos la intervención humana supone un peligro seguro aún con el uso de trajes de protección, siendo la radiación un agente invisible del cual el operario no es consciente hasta que ha sido expuesto a ella. Aplicando el uso de nuestro sistema de trabajo telemático a este campo podemos eliminar completamente la interacción humana con la radiación. Un operario podría trabajar de la misma forma que lo haría estando presente, gracias a los sensores situados en su brazo, pero con la seguridad de estar en un entorno alejado y libre de radiación.

Ayuda a personas con discapacidad motriz:

Hemos creído necesario incluir esta función ya que en el mundo hay muchas personas con distintos tipos de lesiones y problemas de motricidad que necesitan ayuda para superar las acciones que para nosotros son cotidianas. Por esto hemos desarrollado una interfaz visual a través de la cual controlar el brazo robótico que podría ser usada con un simple ratón e incluso adaptar sistemas de movimiento siguiendo la mirada.

Los antecedentes en este campo son inexistentes y creemos importante asentarlos, por ello estamos trabajando con un niño de nuestra localidad (Almendralejo) que sufre parálisis cerebral, pretendemos adaptar este sistema a sus necesidades y que mediante el movimiento de sus ojos pueda mover el brazo robótico y realizar acciones simples como la de comer de forma autónoma. Para nosotros puede no parecer gran cosa pero la vida de personas con este tipo de discapacidad depende completamente de la ayuda de los demás y de esta forma pueden obtener un poco de independencia.

File missing, please reupload.

Code

#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050.h"
#include "Wire.h"

const int mpuAddress = 0x68;  //Puede ser 0x68 o 0x69
MPU6050 mpu(mpuAddress);

int ax, ay, az;

int hombro1 = 75;
int codo1 = 72;
int ante1 = 95;
int muneca1 = 95;
int accesorio1 = 90;

int hombro;
int codo;
int ante;
int muneca;
int accesorio;

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  mpu.initialize();
}

void loop(){
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);
  
  hombro = map(analogRead(2), 0, 1023, -10, 160);
  while(hombro > hombro1){
    Serial.print(1);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    hombro1 = hombro1 + 1;
  }
  while(hombro < hombro1){
    Serial.print(0);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    hombro1 = hombro1 - 1;
  }
  

  codo = map(ax, -17000, 17000, -16, 160); 
  while(codo > codo1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(1);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    codo1 = codo1 + 1;
  }
  while(codo < codo1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(0);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    codo1 = codo1 - 1;
  }


  ante = map(analogRead(0), 0, 1023, 10, 180);
  while(ante > ante1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(1);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    ante1 = ante1 + 1;
  }
  while(ante < ante1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(0);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    ante1 = ante1 - 1;
  }
  

  muneca = map(analogRead(3), 0, 1023, 10, 180);
  while(muneca > muneca1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(1);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    muneca1 = muneca1 + 1;
  }
  while(muneca < muneca1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(0);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.println(",");
    muneca1 = muneca1 - 1;
  }


  accesorio = map(analogRead(1), 0, 1023, 0, 180);
  while(accesorio > accesorio1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(1);Serial.println(",");
    accesorio1 = accesorio1 + 1;
  }
  while(accesorio < accesorio1){
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(2);Serial.print(",");
    Serial.print(0);Serial.println(",");
    accesorio1 = accesorio1 - 1;
  }
}

#include <VarSpeedServo.h>

VarSpeedServo hombro;
VarSpeedServo hombroo;
VarSpeedServo codo;
VarSpeedServo codoo;
VarSpeedServo ante;
VarSpeedServo muneca;
VarSpeedServo accesorio;
VarSpeedServo ruedade;
VarSpeedServo ruedaiz;

const int pinIN1= 18;
const int pinIN2 = 19;

int hombro1 = 75;
int hombro2 = 75;
int codo1 = 72;
int codo2 = 72;
int ante1 = 95;
int muneca1 = 95;
int accesorio1 = 90;

void setup() {
   Serial.begin(9600);

   hombro.attach(27);
   hombroo.attach(26);
   codo.attach(30);  
   codoo.attach(34);
   ante.attach(38);
   muneca.attach(42);
   accesorio.attach(46);
   ruedade.attach(16);
   ruedaiz.attach(14); 

   pinMode(pinIN1, OUTPUT);
   pinMode(pinIN2, OUTPUT);

   hombro.write(hombro1, 90);
   hombroo.write(hombro2 ,90);
   codo.write(codo1, 90);
   codoo.write(codo2, 90);
   ante.write(ante1, 90);
   muneca.write(muneca1, 90);
   accesorio.write(accesorio1, 90);
   
   pinMode(12, OUTPUT);
   pinMode(6, OUTPUT);

   digitalWrite(6, HIGH);
}
 
void loop() {
    char letra = Serial.read();

    if(letra == 'T'){
      hombro1 = hombro1 + 1;
      hombro2 = hombro2 - 1;
    }
    if(letra == 'G'){
      hombro1 = hombro1 - 1;
      hombro2 = hombro2 + 1;
    }
    hombro.write(hombro1);
    hombroo.write(hombro2);


    if(letra == 'R'){
      codo1 = codo1 + 1;
      codo2 = codo2 - 1;
    }
    if(letra == 'F'){
      codo1 = codo1 - 1;
      codo2 = codo2 + 1;
    }
    codo.write(codo1 + (90 - hombro1));
    codoo.write(codo2 - (90 - hombro1));
    

    if(letra == 'E'){
      ante1 = ante1 + 1;
    }
    if(letra == 'D'){
      ante1 = ante1 - 1;
    }
    ante.write(ante1);
    
  
    if(letra == 'W'){
      muneca1 = muneca1 + 1;
    }
    if(letra == 'S'){
      muneca1 = muneca1 - 1;
    }
    muneca.write(muneca1);


    if(letra == 'Q'){
      accesorio1 = accesorio1 + 1;

      digitalWrite(pinIN1, HIGH);
      digitalWrite(pinIN2, LOW);
    }
    if(letra == 'A'){
      accesorio1 = accesorio1 - 1;

      digitalWrite(pinIN1, LOW);
      digitalWrite(pinIN2, HIGH);
    }
    accesorio.write(accesorio1);
}

#include <SPI.h>  
#include "RF24.h"

RF24 myRadio (7, 8);
byte addresses[][6] = {"0"};

struct package{
  int cadera;
  int derecha;
  int izquierda;
  int rele;
};


typedef struct package Package;
Package data;


void setup(){
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  myRadio.begin();  
  myRadio.setChannel(115); 
  myRadio.setPALevel(RF24_PA_MAX);
  myRadio.setDataRate( RF24_250KBPS ) ; 
  myRadio.openWritingPipe( addresses[0]);
  delay(1000);
}

void loop(){
  myRadio.write(&data, sizeof(data)); 

  data.cadera = map(analogRead(0), 0, 1023, 0, 180);

  if(analogRead(2) > 900){
    data.derecha = 180;
    data.izquierda = 0;
  }
  if(analogRead(2) < 200){
    data.derecha = 0;
    data.izquierda = 180;
  }

  if(analogRead(3) > 900){
    data.derecha = 0;
    data.izquierda = 90;
  }
  if(analogRead(3) < 200){
    data.derecha = 90;
    data.izquierda = 180;
  }

  if(analogRead(2) < 900 && analogRead(2) > 200 && analogRead(3) < 900 && analogRead(3) > 200){
    data.derecha = 90;
    data.izquierda = 90;
  }

}

#include <VarSpeedServo.h>
#include <SPI.h>  
#include "RF24.h" 

RF24 myRadio (7, 8); 
struct package{
  int cadera;
  int derecha;
  int izquierda;
  int rele;
};

byte addresses[][6] = {"0"}; 

typedef struct package Package;
Package data;

VarSpeedServo cadera;
VarSpeedServo derecha;
VarSpeedServo izquierda;

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);

  myRadio.begin(); 
  myRadio.setChannel(115); 
  myRadio.setPALevel(RF24_PA_MAX);
  myRadio.setDataRate( RF24_250KBPS ) ; 
  myRadio.openReadingPipe(1, addresses[0]);
  myRadio.startListening();

  cadera.attach(5);
  derecha.attach(3);
  izquierda.attach(4);
}


void loop()  
{

  if ( myRadio.available()){
    while (myRadio.available()){
      myRadio.read(&data, sizeof(data));
    }
    cadera.write(data.cadera);
    derecha.write(data.derecha);
    izquierda.write(data.izquierda);
  }
}

import processing.serial.*;

Serial entrada;  
Serial salida;

void setup(){
  entrada = new Serial(this, "COM5", 9600);
  salida = new Serial(this, "COM3", 9600);
}

void draw(){
  while ( entrada.available() > 0){  
  
    String inString = entrada.readStringUntil('\n');
  
    if(inString != null){
      int[] val = int(split(inString,","));
       
       if(val[0] == 1){
         salida.write('T');
       }
       if(val[0] == 0){
         salida.write('G');
       }
       
       
       if(val[1] == 1){
         salida.write('R');
       }
       if(val[1] == 0){
         salida.write('F');
       }
       
       
       if(val[2] == 1){
         salida.write('E');
       }
       if(val[2] == 0){
         salida.write('D');
       }
       
       
       if(val[3] == 1){
         salida.write('W');
       }
       if(val[3] == 0){
         salida.write('S');
       }
       
       
       if(val[4] == 1){
         salida.write('Q');
       }
       if(val[4] == 0){
         salida.write('A');
       }
    }
  }
}

Credits

luis miguel

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Sistema de trabajo telemático

Things used in this project

Hardware components

Hand tools and fabrication machines

Story

Schematics

Sistema robótico para la recepción y replicación de movimientos

Sistema robótico para la imitación de movimientos

Sistema de lectura de posiciones del brazo

Code

Emisor de datos del brazo

Brazo robótico

Emisor encargado del movimiento de las ruedas

Receptor encargado del movimiento de las ruedas

Intermediario processing

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Brazo robótico

Emisor encargado del movimiento de las ruedas

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