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Control digital de orientación, posición y velocidad basado en movimientos de la cabeza para un prototipo de simulación de silla de ruedas
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Control digital de orientación, posición y velocidad basado en movimientos de la cabeza para un prototipo de simulación de silla de ruedas

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Estado: Activo
ISBN-13: 9789586606240
DOI: 10.19053/9789586606233.9789586606240
Tipo de contenido principal: Texto (legible a simple vista)
Protección técnica de publicación digital: DRM
Tipo de restricción de uso en publicaciones digitales: Préstamo
Permiso de uso en publicaciones digitales: Permitido sin límites
Idioma del texto: Español
Número de páginas de la versión impresa: 85 Páginas
Número de páginas con contenido: 85 Páginas
Tamaño del archivo: 9380970 Bytes
Número de palabras: 31099 Palabras
Número de palabras: 218481
Sello editorial: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tipo de edición: Nueva edición
Número de edición: 1
Ciudad de publicación: Tunja
País de publicación: Colombia
Fecha de publicación: 2022-03-09
Fecha de embargo: 2022-03-09
Fecha de publicación de la versión impresa: 2022-03-09
Tipo de restricción de venta: Exclusivo para un punto o canal de venta
Distribuidor de la editorial: Editorial UPTC
Disponibilidad del producto: Disponible. Sin detalles.
Precio: (COP) 19900.0
País(es) incluido(s): Colombia
Precio: (USD) 4.99
País(es) incluido(s): Croacia
Precio: (USD) 4.99
País(es) incluido(s): Emiratos Árabes Unidos, Afganistán, Antigua y Barbuda, Anguilla, Albania, Armenia, Antillas Holandesas, Angola, Antártida, Samoa Estadounidense, Aruba, Azerbaiyán, Bosnia y Herzegovina, Barbados, Bangladesh, Burkina Faso, Bahréin, Burundi, Benín, Bermudas, Brunei Darussalam, Bonaire, St Eustatius, Saba, Bahamas, Botsuana, Bielorrusia, Belice, Congo (República Democrática del), República Centroafricana, Congo, Costa de Marfil, Camerún, China, Cuba, Cabo Verde, Curasao, Djibouti, Dominica, República Dominicana, Argelia, Ecuador, Egipto, Sahara Occidental, Eritrea, Etiopía, Fiji, Islas Malvinas (Falkand), Micronesia, Gabón, Granada, Georgia, Guinea Francesa, Ghana, Gambia, Guinea, Guinea Ecuatorial, Guatemala, Guam, Guinea - Bissau, Guyana, Honduras, Haití, Indonesia, Israel, Iraq, Irán (República Islámica del), Islandia, Jamaica, Jordania, Kenia, Kirguistán, Camboya, Comoras, Saint Kitts y Nevis, Corea (República Popular Democrática de), Kuwait, Islas Caimán, Kazajstán, Lao (República Democrática Popular de), Líbano, Santa Lucia, Sri Lanka, Liberia, Libia (Jamahiriya Árabe), Marruecos, Moldavia, Madagascar, Islas Marshall, Macedonia, Antigua República de Yugoslavia, Malí, Myanmar ( Ex Birmania), Mongolia, Macao, Islas Marianas del Norte, Mauritania, Montserrat, Mauricio, Maldivas, Malawi, Malasia, Mozambique, Nueva Caledonia, Níger, Nigeria, Nicaragua, Omán, Panamá, Polinesia Francesa, Papúa Nueva Guinea, Pakistán, Puerto Rico, Estado de Palestina, Palau, Paraguay, Qatar, Reunión, Serbia, Ruanda, Arabia Saudita, Islas Salomón, Seychelles, Sudán, Santa Helena, Islas Svalbard y Jan Mayen, Sierra Leona, Senegal, Somalia, Surinam, Sudán del Sur, San Tomé y Príncipe, El Salvador, Sint Maarten (zona holandesa), Siria (República Árabe de), Islas Turcas y Caicos, Chad, Togo, Tailandia, Tayikistán, Timor-Leste, Turkmenistán, Túnez, Tonga, Turquía, Trinidad y Tobago, Tanzania (República Unida de), Ucrania, Uganda, Islas Periféricas Menores de los EE.UU., Estados Unidos de América, Uruguay, Uzbekistán, San Vicente y las Granadinas, Venezuela, Islas Vírgenes de los EE.UU,, Vietnam, Vanuatu, Islas Wallis y Futuna, Samoa, Yemen, Zambia

Enseñanza universitaria o superior

Abreviaturas........................................................................................................19

Introducción.......................................................................................................21

1. Fundamentación teórica para la instrumentación, modelado y técnicas de control..............................................................................................25

1.1 Conceptos generales................................................................................................ 25

1.1.1 Desviación estándar.............................................................................25

1.1.2 Instrumentación electrónica................................................................25

1.1.3 Función de transferencia......................................................................26

1.1.4 Planta..................................................................................................26

1.1.5 Sistema................................................................................................26

1.1.6 Sistema de control realimentado..........................................................27

1.1.7 Representación en el espacio de estados...............................................27

1.1.8 Control clásico....................................................................................27

1.1.9 Control moderno................................................................................28

1.1.10 Control inteligente..............................................................................29

1.1.11 Sistemas MicroElectroMecánicos (MEMS)..........................................30

1.1.12 Ángulos Euler para el procesamiento de los movimientos de la cabeza.......30

1.1.13 Filtro...................................................................................................32

1.1.14 Filtrado digital.....................................................................................33

1.1.15 Control automático.............................................................................33

1.1.16 Control Proporcional-Derivativo PD...................................................35

1.1.17 Modelo difuso Takagi-Sugeno.............................................................37

1.1.18 Protocolo de datagrama de usuario......................................................39

1.1.19 Escala de Usabilidad del Sistema (EUS)...............................................40

1.2 Estado del arte acerca de sistemas de control de orientación................................... 41

2. Metodología para el diseño e implementación de controladores digitales....45

2.1 Identificación mediante una revisión sistemática de la literatura los tipos de controladores digitales principales que usan Unidades de Medición Inercial Magnéticas (IMU) y que utilicen los movimientos de la cabeza para el control de sillas de ruedas eléctricas.............................................................. 45

2.2 Instrumentación y modelado del prototipo de simulación de la silla de ruedas, estableciendo el principio para el diseño del controlador............................ 45

2.3 Diseño e implementación del controlador digital teniendo en cuenta la estrategia o técnica seleccionada mediante la revisión inicial, utilizando un lenguaje de programación de alto nivel y desplegado en el hardware específico diseñado para el proyecto........................................................................ 46

2.4 Evaluación del rendimiento del sistema controlado mediante un plan de pruebas de laboratorio que compruebe las características de diseño y ejecución realizadas.................................................................................................. 47

3. Resultados de la investigación........................................................................49

3.1 Instrumentación electrónica del prototipo y configuración del sistema

de captura de movimiento....................................................................................... 49

3.1.1 Instrumentación del prototipo de simulación de silla de ruedas en cuanto al hardware del sistema.............................................49

3.1.2 Instrumentación del prototipo de simulación de silla de ruedas en cuanto al software del sistema..............................................63

3.1.3 Configuración del sistema de captura de movimiento..........................69

3.2 Modelado teórico e identificación del sistema mediante el modelo paramétrico del motor DC...................................................................................... 71

3.2.1 Fundamentación teórica para diseño del modelo matemático..............72

3.2.2 Modelo matemático del prototipo de silla de ruedas............................74

3.2.3 Identificación del sistema con el modelo paramétrico del motor DC...79

3.3 Diseño e implementación de los controladores de posición, velocidad y

orientación para el prototipo de simulación de silla de ruedas................................ 84

3.3.1 Control manual mediante el uso de una interfaz gráfica.......................84

3.3.2 Control clásico y difuso de posición....................................................90

3.3.3 Control difuso de velocidad...............................................................101

3.3.4 Control difuso de orientación con velocidad constante......................103

3.3.5 Control difuso de orientación con velocidad variable.........................107

3.3.6 Control de orientación a velocidad constante con sistema de seguridad...........................................................................................109

3.4 Evaluación y validación del sistema.......................................................................110

3.4.1 Elaboración del protocolo de pruebas del controlador electrónico.....110

3.4.2 Validación del protocolo de pruebas del controlador electrónico........111

3.4.3 Elaboración del protocolo de pruebas para ser implementado por participantes................................................................................114

3.4.4 Validación del protocolo de pruebas para ser implementado por participantes................................................................................115

4. Discusión......................................................................................................121

4.1 Respuesta del sistema electrónico..........................................................................121

4.1.1 Control de posición...........................................................................121

4.1.2 Control de velocidad.........................................................................122

4.1.3 Control de orientación......................................................................123

4.2 Experiencia de usuario...........................................................................................125

5. Conclusiones.................................................................................................127

Referencias........................................................................................................129

  • TEC000000 TECNOLOGÍA E INGENIERÍA > General (Principal)
  • 629 Tecnología (ciencias aplicadas) > Ingeniería y operaciones afines > Otras ramas de la ingeniería (Principal)
Aura Ximena González Cely
Nombre invertido: González Cely, Aura Ximena
Género: Femenino
Afiliación profesional:
Afiliación Posición profesional
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia ----

Biografía:

Ingeniera Electrónica, estudiante de Maestría en Ingeniería Eléctrica en la Universidad Federal de Espíritu Santo (UFES) Brasil, y miembro activo del Grupo de Investigación en Software (GIS) de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC).

Sus intereses de investigación incluyen proyectos en el área de rehabilitación, específicamente en tecnologías de asistencia como lo son las sillas de ruedas eléctricas. Las líneas de investigación en las cuales se desenvuelve, incluyen proyectos con sensores inerciales y magnéticos, además del uso de fibra óptica para el monitoramiento de úlceras generadas en personas con movilidad reducida en miembros inferiores o superiores, además del modelamiento y control de robots y sillas de ruedas utilizando técnicas de control clásico, moderno e inteligente. Por otra parte, la exploración en sistemas embebidos y uso de software y hardware. Ha hecho parte de congresos a nivel nacional e internacional como asistente y ponente. En 2021, recibió una beca para realizar la maestría en la UFES en la línea de investigación en rehabilitación e Ingeniería Biomédica.

Mauro Callejas-Cuervo
Nombre invertido: Callejas-Cuervo, Mauro
Género: Masculino
Identificadores:
Tipo ID Nombre ID Valor ID
ORCID ---- https://orcid.org/ 0000-0001-9894-8737
Afiliación profesional:
Afiliación Posición profesional
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia ----

Biografía:

Ingeniero de Sistemas y Doctor en Ciencia Aplicada de la Universidad Antonio Nariño; tiene una Maestría en Ciencias de la Computación, del TEC Monterrey-México y un doctorado en Energía y Control de Procesos de la Universidad de Oviedo-España. Es profesor titular en la Facultad de Ingeniería y Director del Grupo de Investigación en Software de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

Sus intereses de investigación incluyen proyectos que apoyan desarrollos tecnológicos para la salud, el deporte y el entretenimiento, sistemas inteligentes, ingeniería de software. En mayo de 2021, obtuvo el segundo puesto en el concurso: “Premio Nacional al Inventor Colombiano, 2020”, organizado por La Superintendencia de Industria y Comercio. En agosto de 2017, fue galardonado con la medalla al científico del año 2017, en el campo de Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados por la Asociación Internacional de Materiales Avanzados en la Ciudad de Estocolmo, Suecia. 

mauro.callejas@uptc.edu.co

Manuel Andrés Vélez-Guerrero
Nombre invertido: Vélez-Guerrero, Manuel Andrés
Género: Masculino
Identificadores:
Tipo ID Nombre ID Valor ID
ORCID ---- https://orcid.org/0000-0002-2105-1742
Afiliación profesional:
Afiliación Posición profesional
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia ----

Biografía:

Ingeniero Electrónico, Magíster en Ingeniería Electrónica y candidato a Doctor en Ingeniería Electrónica de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Actualmente se desempeña como docente e investigador adscrito al Grupo de Investigación en Software de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

Se ha desempeñado también como joven investigador, semillero y becario por el grupo. Sus intereses de investigación están encauzados al desarrollo de tecnología para la salud, el deporte y el entretenimiento; diseño de sistemas electrónicos embebidos, procesamiento digital de señales, y sistemas inteligentes.

manuel.velez@uptc.edu.co