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
Afiliación | Posición profesional |
---|---|
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia | ---- |
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.
Tipo ID | Nombre ID | Valor ID |
---|---|---|
ORCID | ---- | https://orcid.org/ 0000-0001-9894-8737 |
Afiliación | Posición profesional |
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Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia | ---- |
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
Tipo ID | Nombre ID | Valor ID |
---|---|---|
ORCID | ---- | https://orcid.org/0000-0002-2105-1742 |
Afiliación | Posición profesional |
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Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia | ---- |
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