Departamento de Computación

La Interfaz Hombre-Máquina (IHM) es la parte de un sistema con la que el usuario puede interactuar con el. Estas interfases pueden ser desde simples interruptores y luces indicadoras hasta una sofisticada computadora diseñada a medida con interfases gráficas y sensores especializados. Las interfases pueden ser de monitoreo, de control o para almacenar los datos históricos que ocurren con la máquina dependiendo de la tarea para la cual el sistema esté diseñado. Debido a la complejidad de las tareas que realiza una interfaz es común utilizar un sistema informático como plataforma y la mayoría de las veces tanto el hardware como el software son sistemas hechos a medida. En esta tesis se propone el uso de un smartphone como interfaz hombre-máquina para controlar un brazo robot manipulador. Se escoge el uso del smartphone por ser una computadora móvil alimentada por baterías e incluye una interfaz gráfica, sensores, comunicación inalámbrica y un sistema operativo al que pueden cargarse aplicaciones para tareas específicas. El sistema operativo Android se eligió sobre otras opciones principalmente por que permite acceder a todos los recursos de hardware y software por medio de las bibliotecas del sistema dándole a la aplicación transportabilidad entre diferentes marcas y modelos de smartphone.En la tesis se implementa una aplicación para detectar y medir los gestos del brazo de un usuario. Para obtener éstos movimientos se hace uso los sensores inerciales del smartphone donde la información que se obtiene es filtrada y posteriormente un algoritmo de unidad de medición inercial (similar al utilizado en aviones) estima los desplazamientos y la dirección para que la aplicación sea capaz de detectar la magnitud de los gestos corporales del usuario. Este tipo de algoritmo a comparación de las unidades de medición inercial utilizado en vehículos, no requiere de información externa de referencia, como el GPS o balizas para corregir el error de estimación. La información que la unidad de medición inercial ofrece permite controlar un brazo robot manipulador haciendo uso de cinemática inversa para calcular los ángulos de cada una de las articulaciones del brazo y para posicionar la pinza en las coordenadas que se obtuvieron durante la estimación de desplazamiento. Tanto el proceso de estimación como la cinemática inversa son procesadas dentro del smartphone sin necesidad de realizar procesos en un servidor de apoyo haciendo que la aplicación sea autónoma en sus procesos de cálculo. La información que se envía por Wi-Fi al brazo manipulador son los ángulos en la que los servos de las articulaciones del brazo deben tener para llegar a la posición que se ha estimado. Aunque en ésta tesis se requiere de una PC para poder realizar la conexión entre el smartphone al robot, no realiza ningún proceso de cálculo y solo sirve para poder hacer la interfaz de Wi-Fi a la tarjeta controladora de los servos del brazo.

Abstract

The Human Machine Interface (HMI) is the part of a system with which the user can interact with him. These interfaces may be from simple switches and indicator lights or a sophisticated custom-designed computer with graphical interfaces and sensors specialized. The interfaces may be for monitoring, control or for storing historical data occurring the machine depending on the task for which the system is designed. Due to the complexity of the tasks of an interface, a computer is an a common system as a platform and most of the time both hardware controller and software are customized systems. This thesis proposes the use of a smartphone like a human-machine interface to control a robot manipulator arm. The use of a smartphone is due to be a mobile computer powered by batteries and includes a graphical interface, sensors, wireless communication and an operating system that can be loaded applications for specific tasks. The Android operating system was chosen over other options mainly because it allows access to all resources hardware and software through system libraries giving the application portability between different smartphone brands and models. The thesis implements an application to detect and measure arm gestures of a user. For capture these movements uses inertial sensors of an smartphone where the obtained information is filtered and then the algorithm inertial measurement unit (similar to that used in aircraft) estimates the displacements and direction for the application to be able to detect the extent of user gestures. This type of algorithm, compared of the inertial measurement units used in vehicles, requires no external reference information, such as GPS or beacons to correct the error of estimation. The inertial measurement unit provides information to control a robot arm manipulator using inverse kinematics to calculate the angles of each of the arm joints and positioning the clamp on the coordinates that were obtained during the displacement estimation. The estimation process and inverse kinematics are processed within the smartphone without the need of a external server support to make the processes due the application autonomous in the calculation processes. The information sent over Wi-Fi to the manipulator arm are the angles in which the joint servos arm must have to reach the position which has been estimated. Although in this thesis requires a PC to make the connection between the smartphone and the robot, does not perform any calculation process and serves only to make the Wi-Fi interface to the controller card servos arm.