Pädi Boletín Científico de Ciencias Básicas e Ingenierías del ICBI

Título

2024-04-22T09:16:23-06:00

Comité Editorial

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Tendencias Actuales en el Desarrollo de la Robótica en México

2024-04-22T09:16:24-06:00

Ante un mundo en permanente cambio, en el que la dinámica geológica, el cambio climático y el crecimiento desmesurado de la población, representan factores que condicionan nuestro desarrollo. Con el fortalecimiento de sus habilidades cognitivas, el ser humano se ha convertido en agente de su propia transformación, produciendo formidables avances como parte de la requerida adaptación. La tecnología actual, ha permitido una impresionante capacidad del análisis y procesamiento de la información en tiempo real con propósitos diversos. Como parte de las estrategias emergentes ante la dinámica en el mundo, la robótica y la inteligencia artificial, juegan un rol importante en la solución parcial o total de un importante número de problemas, como parte del proceso de transformación.

La convocatoria para publicar en el número especial 2, volumen 12, de la revista Pädi Boletin Científico de Ciencias Básicas e Ingenierías del ICBI, estuvo asociada a tres importantes rubros: i) Tópicos Selectos de Control (TSC), ii) Tópicos Selectos de Robótica (TSR), y iii) Tópicos Especiales (TE); integrados de la siguiente manera:
• TSC: Control Lineal, Control No Lineal, Control de Impedancia, Control Difuso, Control Adaptable y Control de Robots.
•TSR: Robótica Móvil, Robótica Humanoide, Robótica Educativa, Robos de Competencia, Robótica Médica, Robots Autónomos, Robots Hexápodos, Robots Uniciclo, Robótica Colaborativa y Plataformas Paralelas.
•TE: Modelado Cinemático y Dinámico, Diseño de Robots, Inteligencia Artificial, Teleoperación de Robots, Realidad Virtual, Interfaces Hápticas y Visión.

Una breve descripción de las contribuciones reportadas en este número especial, se presenta en esta editorial.

Control-observador para seguimiento en un robot diferencial de segundo orden

2024-04-22T09:16:25-06:00

En este trabajo se presenta el diseño de un control con observador de estados para el seguimiento de trayectoria de un robot móvil diferencial. El modelo matemático del robot se construye con base en una extensión cinemática de segundo orden. Las velocidades lineales del modelo extendido no son fácilmente medibles, para lo cual se utiliza un observador de estados. Con el control (linealización entrada/salida) y utilizando los estados observados se garantiza la convergencia a cero del error, entre la trayectoria deseada y los estados. Los resultados teóricos, se validan por medio de una simulación numerica con el software Matlab Simulink.

Seguimiento en formación para un sistema multi-agente heterogéneo

2024-04-22T09:16:25-06:00

En este trabajo, se presenta el diseño de una estrategia de control para lograr el seguimiento en formación de un sistema multi-agente heterogéneo. El modelado de este sistema se basa en los principios de la teoría algebraica de grafos. En particular, el sistema comprende dos tipos distintos de agentes: robots móviles Ackerman y diferencial. Esta propuesta de control radica en permitir que un subgrupo de agentes designado como ``seguidores'' logre alcanzar y mantener una formación predefinida en relación con un ``líder''. El líder tiene la tarea de seguir una trayectoria deseada. Los resultados teóricos son validados a través de una simulación numérica, donde se demuestra la capacidad de esta estrategia para coordinar múltiples robots de distintos tipos.

Control cinemático para el seguimiento de trayectorias de un manipulador 3R

2024-04-22T09:16:26-06:00

En este trabajo se presenta el diseño de una estrategia de control para lograr el seguimiento de trayectorias por parte del efector final de un robot manipulador 3R. El diseño de la estrategia de control está basado en el modelo cinemático del robot, haciendo uso del Jacobiano. Los resultados teóricos son validados numérica y experimentalmente. La implementación se realiza sobre una plataforma con un sistema de cámaras Optitrack para obtener la posición del efector final y utilizando Matlab/Simulink para el cálculo de las señales de control en tiempo real.

Regulación de velocidad robusta de un motor de CD usando un método basado en datos con RNA

2024-04-22T09:16:26-06:00

En este trabajo se presenta el control basado en datos mediante redes neuronales artificiales de un motor de CD. Los principales componentes del esquema de control propuesto son el modelo numérico de la planta que incluye como entrada el voltaje suministrado por la fuente y un modelo inverso, que calcula la señal de control, implementados mediante Redes Neuronales Artificiales (RNA). La novedad del presente método basado en datos con RNA es la incorporación del voltaje en el vector de estados del modelo, ya que interesa por su importancia práctica al modelar el motor de CD. Para validar el esquema propuesto, se presentan resultados experimentales sobre un motor de CD comercial ante perturbaciones variantes en el tiempo.

Comparativa entre triangulación geométrica generalizada y odometría

2024-04-22T09:16:27-06:00

La localización en robótica móvil es fundamental para la realización de tareas autónomas. Por este motivo, se han desarrollado diferentes algoritmos para estimar la pose del robot, ya sea de forma relativa o absoluta. Una de las más conocidas es la odometría basada en ruedas, la cual es fácil de implementar pero con la desventaja de que el error en la estimación tiende a aumentar conforme pasa el tiempo produciendo un cálculo poco confiable. Por el contrario, los algoritmos de localización absoluta como la Triangulación Geométrica Generalizada (TGG) ofrecen una mayor precisión, aunque su implementación puede requerir sistemas de medición más avanzados y la estimación de la pose puede ser lenta. Este trabajo compara estos dos algoritmos y muestra lo que sucede con la estimación de pose después de un período de tiempo. Los resultados presentados se obtuvieron en una zona de pruebas real equipada con un robot Turtlebot3 modelo burger.

Diseño y construcción de un satélite enlatado

2024-04-22T09:16:27-06:00

En este documento, se describen los diversos subsistemas que conforman un satélite enlatado o CanSat, además de una revisión detallada de las consideraciones más relevantes en los respectivos subsistemas para su construcción. Adicionalmente, se ofrece una visión integral de los CanSats como herramienta educativa en el campo de la ingeniería.

Predicción del ángulo de giro para un auto: Implementación de dos áreas de interés

2024-04-22T09:16:27-06:00

La predicción del ángulo de dirección en vehículos inteligentes es un tema ampliamente estudiado en la literatura. Sin embargo, se requiere la intervención de un usuario para operar al vehículo, limitando el grado de autonomía. Este trabajo propone algoritmos basados en redes neuronales artificiales para determinar el ángulo de giro de un vehículo en movimiento, con aplicaciones en tiempo real para vehículos a escala en una pista de dos carriles. Utilizando una cámara frontal centrada en el vehículo se determinan dos áreas de interés: la imagen original y una versión rectificada mediante un cambio de perspectiva. Posteriormente, se emplea la tupla de imágenes para construir dos bases de datos etiquetadas con el ángulo deseado de giro, las cuales, son empleadas para entrenar dos redes neuronales convolucionales. Una vez entrenadas, ambos modelos son implementados en tiempo real para guiar un vehículo a escala en una pista libre de obstáculos, permitiendo su navegación autónoma dentro del carril designado y observando el comportamiento en cada caso.

Diseño de un robot móvil para realizar la siembra de semillas de cereales en parcelas con previa labranza

2024-04-22T09:16:28-06:00

Se realizó el diseño y la primera implementación de un robot móvil que apoya a la siembra de semillas de cereales, esto en terrenos que previamente han sido labrados, este esquema apoya a los agricultores que no tienen la posibilidad económica de tener un tractor y una sembradora de precisión. Este robot fue diseñado para sembrar, fertilizar y cerrar el surco que previamente abrió. Este robot recibe los parámetros de configuración a través de una aplicación móvil, lo que permite que pueda ser operado de forma sencilla y se adapta a diversas configuraciones de parcelas y tipos de cultivo.

Diseño y Construcción de un Dispositivo Trazador Controlado Mediante Movimientos de la Cabeza

2024-04-22T09:16:28-06:00

La tetraplejia es generada por una lesión medular en la cual se pierde el control y la sensibilidad de las extremidades. Al presentarse este estado de incapacidad física se recomienda el uso de dispositivos de apoyo para obtener mayor autonomía en las actividades cotidianas. Actualmente, la mayoría de los dispositivos se enfocan en mejorar el desplazamiento de la persona dejando de lado actividades recreativa. Este trabajo presenta el diseño y construcción de un dispositivo que permite a la población con tetraplejia la posibilidad de realizar trazos a través de la detección de los movimientos de la cabeza, con el fin de brindar una opción que permite la expresión de manera escrita. La detección de los movimientos de la cabeza del usuario se realiza mediante un acelerómetro con giroscopio cuyos datos son procesados por un microcontrolador que envía la acción por Bluetooth a un robot cartesiano, logrando una comunicación usuario-máquina que permite la expresión escrita a la persona con discapacidad.

Un controlador robusto entrada-estado estable basado en un enfoque por moldeo de energía para robots manipuladores accionados por par

2024-04-22T09:16:28-06:00

Este artículo presenta un controlador robusto frente a perturbaciones de par variantes en el tiempo para el control de seguimiento de trayectorias de robots manipuladores accionados por par. La principal contribución del presente trabajo es el diseño, análisis y experimentación de una ley de control robusta basado en un enfoque por moldeo de energía. El desempeño del controlador propuesto es demostrado a través de experimentos en un robot manipulador de dos grados de libertad.

Control predictivo y tolerancia a fallas de un cuadrirrotor

2024-04-22T09:16:29-06:00

El presente trabajo tiene como objetivo, acoplar una estrategia de control de detección y reconfiguración de fallas basada en planitud, en conjunto con un controlador Predictivo de Modelo lineal para el control de trayectorias automático de un cuadrirrotor, en donde los controladores tengan la posibilidad de adaptarse y reconfigurarse ante la aparición de un posible evento de falla y garantizar la supervivencia del cuadrirrotor.

Comparativa de un sistema de visión de tiempo real bajo Xenomai y PREEMPT_RT

2024-04-22T09:16:29-06:00

Este artículo presenta el diseño y programación de un sistema de visión sobre dos sistemas operativos de tiempo real. Lo anterior con la finalidad de hacer una comparación de su rendimiento. Los sistemas operativos utilizados fueron Xenomai y Linux con el parche PREEMPT_RT. La estructura del sistema de visión en ambos casos se divide en tres hilos: el primero encargado de la adquisición y el procesamiento de las imágenes, el segundo que muestra las imágenes en pantalla y el último para la transferencia de datos (y posterior análisis fuera de línea). El objetivo de esta estructura planteada es la optimización de los tiempos de ejecución; los cuales pueden ser menores comparados con el empleo de un solo proceso o hilo para todo el sistema de visión. Finalmente, se describen experimentos haciendo énfasis en la periodicidad lograda realizando un procesamiento de imagen correspondiente al cálculo de un centroide que da información sobre el movimiento de un péndulo simple.

Seguimiento de trayectorias para un robot manipulador antropomórfico mediante APF's

2024-04-22T09:16:29-06:00

En este artículo se presenta un algoritmo de control aplicando la teoría de los campos potenciales atractivos (APF's por sus siglas en inglés) para lograr el seguimiento de trayectorias en un robot manipulador antropomórfico de tres grados de libertad. Se propone un APF junto a su gradiente descendiente para la resolución del problema. Los resultados teóricos se validan numéricamente en Matlab/Simulink utilizando diferentes trayectorias para corroborar la estabilidad del algoritmo.

Diseño de un alimentador acuático móvil para Oreochromis niloticus

2024-04-22T09:16:29-06:00

Hoy en día, el cultivo de tilapia es un proceso estandarizado y bien definido, sin embargo, los acuicultores no cuentan con las herramientas necesarias para asegurar que el proceso se esté llevando a cabo de manera correcta en cuanto a las porciones, sobre todo cuando se trata de estanques grandes, alimentar al cardumen de peces que se encuentran en ellos se convierte en una tarea que requiere tiempo y esfuerzo. En este trabajo se ha desarrollado una propuesta de proyecto para ayudar a los acuicultores con el diseño y construcción de un prototipo de alimentador automático móvil acuático que, como su nombre indica, permita alimentar a los peces desplazándose por el estanque y con la proporción correcta. Además, se desarrolló el diseño de una interfaz hombre-máquina para que el operario pudiera controlar el prototipo, incluida la capacidad de decidir cuándo soltar el alimento. Con este proyecto se pretende facilitar al piscicultor la tarea de alimentar al banco de peces utilizando la metodología del diseño mecatrónico.

Plataforma experimental para el modelado y control de robots omnidireccionales

2024-04-22T09:16:30-06:00

En este artículo es presentada una plataforma experimental para el desarrollo de algoritmos de robótica, control y aprendizaje. La arquitectura propuesta basada en ROS es abierta, permitiendo la integración de diferentes sensores, unidades de procesamiento y robots. Un Controlador por Rechazo Activo de Perturbaciones (CRAP) es diseñado sobre un robot omnidireccional para validar la plataforma desarrollada. Incertidumbres paramétricas, la fricción de las ruedas sobre la superficie y las perturbaciones externas son agrupadas en una perturbación total, la cual es estimada por un Observador de Estado Extendido y
y compensada mediante un término feedforward en la ley de control. El robot omnidireccional se puede comunicar a través de ROS mediante un sistema de captura de movimiento (servidor). Se presentan los resultados de las simulaciones y experimentos en tiempo real. El algoritmo de control es ligero y fácil de implementar y ajustar en sistemas embebidos con pocos recursos computacionales o de bajo costo.

Control de velocidad de un robot esfera con locomoción inercial

2024-04-22T09:16:30-06:00

Este trabajo presenta el control de velocidad de un robot esfera con arquitectura BCO, basado en su funcion de transferencia. El controlador es desarrollado mediante el analisis del lugar geométrico de las raíces (LGR) de la funcion de transferencia en lazo cerrado (LC). Dicho controlador es evaluado tanto en el modelo lineal como en el no lineal. Se realizan simulaciones numericas en el software Matlab-Simulink para evaluar el desempeño del controlador demostrando su viabilidad para ser implementado en ambos modelos. Por último, se muestra el par torsional de control necesario para la selección de los actuadores del robot.

Análisis cinemático de un robot paralelo 6-UPUR mediante teoría de tornillos

2024-04-22T09:16:30-06:00

Este trabajo presenta el análisis cinemático de posición y de velocidad para un robot paralelo UPUR de seis grados de libertad. La cinemática de posición directa e inversa se obtiene a partir de las ecuaciones vectoriales de cerradura las cuales se resuelven usando métodos numéricos. Las ecuaciones que relacionan las velocidades de los actuadores con las velocidades de la plataforma móvil son obtenidas usando la teoría de tornillos, lo que permite omitir del análisis las velocidades de las juntas pasivas. La validez de las ecuaciones obtenidas se verifica mediante la comparación de los resultados numéricos con simulaciones del mecanismo realizadas en SolidWorks.

Control por modos deslizantes basado en proxy activo con rechazo a perturbaciones mediante observador difuso de estado extendido

2024-04-22T09:16:31-06:00

Este artículo presenta el control por modo deslizante basado en proxy, una metodología enfocada para sistemas de segundo orden. En el lazo de control propuesto se utiliza un observador de estado extendido difuso, basado en el sistema de inferencia tipo Mandami para estimar las perturbaciones externas y acoplarlo en el lazo cerrado con el objetivo de atenuar la influencia de perturbaciones externas. Para corroborar los resultados obtenidos, se presentan simulaciones numéricas del control por modos deslizante basado en proxy en conjunto con el observador de estado extendido difuso aplicado a un péndulo simple.

Diseño y validación de un UUV con sistema de visión computacional integrado

2024-04-22T09:16:31-06:00

Este artículo presenta el diseño y validación de un Vehículo Submarino No Tripulado (siglas en inglés, UUV) equipado con un sistema avanzado de visión por computadora basado en algoritmos de procesamiento de imágenes. El objetivo principal es emplear principios mecatrónicos y tecnologías de vanguardia para desarrollar un UUV capaz de capturar imágenes y datos de telemetría, mejorando la exploración submarina en entornos desafiantes. El algoritmo de visión por computadora, basado en OpenCV, permite la detección y el reconocimiento en tiempo real de estructuras y objetos sumergidos. La validación se realiza mediante análisis estáticos y simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los resultados demuestran la eficacia y versatilidad del UUV en diversas aplicaciones, incluidas inspecciones arqueológicas, operaciones de búsqueda y rescate y la conservación de reservas marinas protegidas.

Esquema líder-seguidor para el control de posición de robots manipuladores de 3GDL

2024-04-22T09:16:31-06:00

Este trabajo presenta el diseño de una estrategia de control de posición para un par de robots manipuladores de 3 grados de libertad (3GDL). Para el diseño de la estrategia se emplea un esquema líder-seguidor, donde el robot líder está encargado del seguimiento de una trayectoria, mientras que el robot seguidor debe posicionarse a cierta distancia con respecto al líder, es decir, converge a una formación deseada. Los resultados teóricos obtenidos son validados numéricamente.

Estimación de fallas en actuadores de un robot móvil con ruedas mecanum

2024-04-22T09:16:32-06:00

En este artículo presenta un observador proporcional integral convexo (PIC) para la estimación de fallas en actuadores en un robot móvil con ruedas mecanum. Mediante la técnica del sector no lineal, se desarrolla un modelo convexo con estructura producto tensor el cual proporciona mayor flexibilidad en la solución de las ganancias del observador. Para las condiciones de estabilidad del error de estimación, se utiliza el método directo de Lyapunov, dando condiciones suficientes a través de un conjunto de desigualdades lineales matriciales (LMIs) que garantizan la convergencia asintótica del estado y fallas estimados al vector de estado y fallas del sistema. Finalmente, se evalúan los resultados a nivel simulación con base al modelo no lineal de un robot móvil con ruedas mecanum.

Diseño de sistema fotovoltaico para vehículo de recolección de residuos

2024-04-22T09:16:32-06:00

Se propuso desarrollar un sistema de alimentación fotovoltaica para la recolección de residuos sólidos en superficies acuáticas. El análisis de antecedentes reveló que las baterías de ion litio son ideales debido a su alta densidad energética, control térmico y durabilidad. La fuente de alimentación del vehículo se construyó utilizando baterías de ion litio provenientes de laptops descompuestas, optimizadas con un controlador de carga para garantizar un almacenamiento estable de energía. Se implementó una estación de carga con paneles fotovoltaicos, configurada como sistema tipo isla con una segunda batería para contrarrestar condiciones climáticas adversas. Se aprovecharon las instalaciones de pruebas fotovoltaicas de la facultad de ingeniería para una funcionalidad didáctica. Experimentos con un prototipo de navegación simularon condiciones de trabajo, demostrando que la batería cumplió la meta de más de dos horas de autonomía.