ROAD: Domestic Assistant and Rehabilitation Robot

This study introduces the concept design and analysis of a robotic system for the assistance and rehabilitation of disabled people. Based on the statistical data of the most common types of disabilities in Spain and other industrialized countries, the different tasks that the device must be able to perform have been determined. In this study, different robots for rehabilitation and assistance previously introduced have been reviewed. This survey is focused on those robots that assist with gait, balance and standing up. The structure of the ROAD robot presents various advantages over these robots, we discuss some of them. The performance of the proposed architecture is analyzed when it performs the sit to stand activity.

Rehabilitación sostenible del hueco en fachada como sistema especializado de baja tecnología para la regulación del ambiente interior en edificios residenciales de Andalucía (España)

El Proyecto Integrado de Desarrollo Tecnológico "Rehabilitación Sostenible" (RS) aprobado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI) investiga sobre un sisitema integrado para la rehabilitación sostenible de edificios existentes, teniendo como objetivo prioritario la mejora de su eficiencia energética. Además de ese objetivo principal se persiguen otros como es mejorar las condiciones de habitabilidad de las viviendas. Este Trabajo Fin de Máster y su continuación en Tesis Doctoral se enmarcan en este proyecto. El Proyecto RS tiene entre sus objetivos encontrar maneras de aplicar soluciones constructivas bioclimáticas, pasivas o de acondicionamiento ambiental en los edificios residenciales existentes. En ellas el elemento hueco desempeña funciones fundamentales tanto en los sistemas pasivos de calefacción como de refrigeración. Este trabajo presenta una visión global del hueco en fachada como sistema especializado de baja tecnología que regula el ambiente interior de los edificios atendiendo a sus funciones diferenciadas con el objetivo de maximizar la contribución de este elemento constructivo a la eficiencia energética en edificios residenciales de Andalucía. Este objetivo se enfoca desde la perspectiva más amplia de la sostenibilidad que considera aspectos sociales y económicos además de medioambientales. Desde el punto de vista social, la investigación se plantea, centrando la atención en el usuario y en la importancia de su implicación para el éxito de una rehabilitación energética. El análisis de las posibilidades de mejora del hueco persigue aportar al usuario soluciones que le ofrezcan algo más que lo estrictamente energético: salud y confort. Desde lo económico, se buscan soluciones de baja tecnología, que tengan una buena relación coste-beneficio, soluciones homologadas por la experiencia que, en la actualidad, necesitan ser revisadas y cuantificadas en términos de ahorro energético y de reducción de emisiones de CO2 para que su contribución pueda ser valorada adecuadamente. La integración de métodos tradicionales con tecnología contemporánea y la interacción del usuario se presentan como punto de partida necesario para el diseño de soluciones de huecos en fachada de edificios residenciales que sean sostenibles. En primer lugar, la investigación aborda las propiedades del hueco en fachada relacionadas con la energía. A partir de ahí se revisan otras funciones del hueco más allá de la de filtro de frío y de calor, calidad de aire interior, refrigeración natural, iluminación natural, protección acústica, seguridad, visión del exterior, protección de la intimidad y función estética. Cada función se relaciona con la normativa española de obligado cumplimiento que le afecta y con los criterios de la herramienta de evaluación medioambiental VERDE que las recoge. La investigación se complementa con el Caso de Estudio de uno de los pilotos demostradores del proyecto RS (bloque de 140 viviendas en Av Jacinto Benavente 40, Málaga) en el que se evalúa el comportamiento energético de los huecos de su fachada principal considerando la mejora de las condiciones de habitabilidad como un aspecto social fundamental de la rehabilitación.

Diseño y Desarrollo de un Robot de Inspección de Tuberías

El siguiente trabajo presenta un desarrollo innovador de un Robot de Inspección de Tuberías, el cual fue diseñado para operación de Tuberías Verticales (RETOV Robot de operación en tuberías Verticales (siglas en Español)). Cuando RETOV es usado para inspeccionar pozos petroleros, puede ser controlado desde la superficie, esto permite al operador la inspección y monitoreo del pozo. Esto es efectuado a través de una interfaz de usuario que controla el Robot. RETOV fue diseñado con anillos articulados que abrazan la tubería, un nuevo sistema de amortiguación y ruedas móviles brinda la posibilidad de navegar y evitar obstáculos en la tubería realizando tres tipos de movimientos: rotación, traslación y helicoidal. Adicionalmente RETOV fue diseñado para realizar inspección entre dos tuberías(la tubería de producción y el pozo petrolero), con un sistema de seguridad y una estructura liviana, RETOV puede ser equipado con sensores para medir las variables de interés en el pozo. El diseño de la mecánica y el programa de control, la instrumentación, los modelos matemáticos y resultados de las pruebas han sido descritos en esta Tesis. The following Doctoral Thesis presents an innovative application of a Pipe Inspection Robot, which was designed especially as Operation Robot in Vertical Pipes (RETOV) (Robot for operation vertical pipes (Spanish acronyms)). When RETOV is used to inspect Oil Well, can be controlled from the surface, it´s allow the operator the well inspection and monitoring. This is done through our interface that controls the robot. The RETOV was designed with an articulated ring systems that embrace the pipe, a new damping systems and mobile wheels bring the possibility to navigate and avoid obstacles into the well, performing three types of movement: Rotational, translational and screw. Additional, RETOV was designed to perform the inspection between two pipes (pipe and oil well production), with a security braking systems and lightweight structure; RETOV can be equipment with sensors to measure the variables of interest in the well. The hardware and Software design, the instrumentation, the mathematical models, and the test results have been described in this thesis.

Performance indices for robotic manipulators: a review of the state of the art

The performance indices are important tools for motion planning and design of robot manipulators. In this paper we present a collection of some of the performance indices that have generated interest in the robotics community. These indices are four different types: kinetostatic performance indices, dynamic performance indices, indices of joint limits, and finally global performance indices. In addition, we review the strategies that have been proposed to solve the problems that occur when the units of the Jacobian matrix elements are not homogeneous. At the end of this paper, we propose a set of global performance indices that can be useful in the design of robot manipulators.

Estructura robótica Pre-Tensada para robot en tuberías petroleras

En este trabajo se presenta el desarrollo de un robot basado en la estructura Pre-Tensada con el fin de realizar tareas de inspección y mantenimiento en tuberías petroleras. Este tipo de estructura mecánica se caracteriza por su bajo peso y su alta capacidad de adaptación a los diferentes diámetros. La aplicación requiere que el dispositivo desarrollado se desplace verticalmente y a alta velocidad por las tuberías utilizadas en la extracción del petróleo. Cabe destacar que en dichas instalaciones se cuenta con Bombas Electro Sumergibles (BES) y Bombas de Cavidad Progresiva (BCP), ambas muy sensibles a las condiciones adversas del entorno; por lo tanto, la importancia de esta investigación radica en que el robot incorpora una red de sensores específicos para medir aquellas variables que puedan interferir en el funcionamiento normal de las bombas. Además, este robot permite automatizar la recuperación de objetos que pueden caer al pozo durante la instalación y mantenimiento del mismo, actualmente este proceso es manual. En este artículo se describen detalladamente las hipótesis de diseño realizadas y la metodología utilizada para el desarrollo del primer prototipo. Finalmente se presentan los resultados obtenidos de dicho desarrollo a través de los cuales se ha podido validar la potencialidad de la aplicación.

Dimensional synthesis of a spherical parallel manipulator based on the evaluation of global performance indexes

In this work, the dimensional synthesis of a spherical Parallel Manipulator (PM) with a -1S kinematic chain is presented. The goal of the synthesis is to find a set of parameters that defines the PM with the best performance in terms of workspace capabilities, dexterity and isotropy. The PM is parametrized in terms of a reference element, and a non-directed search of these parameters is carried out. First, the inverse kinematics and instantaneous kinematics of the mechanism are presented. The latter is found using the screw theory formulation. An algorithm that explores a bounded set of parameters and determines the corresponding value of global indexes is presented. The concepts of a novel global performance index and a compound index are introduced. Simulation results are shown and discussed. The best PMs found in terms of each performance index evaluated are locally analyzed in terms of its workspace and local dexterity. The relationship between the performance of the PM and its parameters is discussed, and a prototype with the best performance in terms of the compound index is presented and analyzed.

Indices de desempeño de robots manipuladores: una revisión del estado del arte

Los índices de desempeño son importantes herramientas para la planificación de movimientos y el diseño de robots manipuladores. En este trabajo se presenta una colección de algunos de los índices de desempeño que mayor interés han generado en la comunidad dedicada a la robótica. Se presentan índices de desempeño cinetostático, dinámico, de lìmites articulares, e índices definidos sobre el espacio de trabajo. Además, se realiza una revisión sobre las estrategias que se han propuesto para solventar los problemas que aparecen cuando las unidades de los elementos de la matriz Jacobiana no son homogéneas. Al final de este trabajo, proponemos una serie índices de desempeño globales que pueden resultar útiles en el diseño de robots manipuladores.

Diseño, construcción y control de un robot doméstico para asistencia y entrenamiento de la movilidad

Esta tesis presenta el diseño conceptual, el análisis y la planificación de movimientos de un robot de asistencia domestica. El objetivo de este robot es ayudar a personas con problemas de movilidad, las cuales les impiden tener una vida independiente. Se realiza una investigación para identificar las principales necesidades de ayuda técnica y una revisión del estado del arte de robots de asistencia y rehabilitación. Esta información es empleada durante el proceso del diseño conceptual para establecer los objetivos del diseño identificar y las soluciones previamente propuestas. Posteriormente, se presenta la propuesta de un robot asistente para la marcha y el levantado de la posición de sentado, cuyo diseño permite al usuario realizar sus actividades de la vida diaria. Para evaluar diversos aspectos del concepto se desarrollo un prototipo a escala. Este prototipo fue útil para establecer la arquitectura de control del robot y probar el principio de funcionamiento de diversos elementos del concepto. Se propone la manera de controlar la ejecución de tareas y de navegación del robot, se simula y se analiza a través de las redes de Petri, se implementa y se prueba en el prototipo a escala. Se desarrollo el modelado dinámico y cinemático del robot. Se propone una relación entre la cinemática del movimiento de levantado normal de una persona y la cinemática del robot para generar las trayectorias a ejecutar por los actuadores. Mediante una herramienta de simulación se realizo un estudio de las fuerzas internas que se llevan a cabo en el usuario y en el robot durante la tarea de levantado. En este punto, se analizo la capacidad del robot para minimizar la fuerza que se ejerce en las articulaciones en la persona.

Recolección mecanizada de la fruta: Plataformas y Cosechadoras

El coste de las labores de recolección, representan alrededor del 50°/o de los costes de producción de los cultivos frutícolas. La mano de obra empleada en la recolección manual de la fruta a veces escasea y, cuando abunda, proviene de trabajadores de otras actividades que están en paro no siendo, por tanto, especialistas. Los intentos de mecanizar la recolección de la fruta, aún algo incipientes en España, están más avanzados en otros países (Estados Unidos, Francia, Italia) donde gran parte de la producción recoge empleando medios mecánicos que sustituyen o ayudan al hombre. La mecanización de la recogida de la fruta se generalizará en nuestro país en la medida en que la mano de obra escasee en las cantidades necesarias para las labores de recolección, o se encarezca. También hay que tener en cuenta el factor de la oportunidad temporal para efectuar la recolección en unos pocos días en que la cosecha está en su punto óptimo, y los medios mecánicos pueden ayudar al hombre a cosechar con mayor rapidez. Desde el punto de vista de las posibilidades de mecanizar la recolección, clasificaremos la fruta en dos clases: Frutas para consumo en fresco. Frutas para ser sometidas a un proceso industrial. La fruta que se va a consumir en fresco requiere más cuidados, pues los golpes que recibiera le provocarán daños claramente visibles al llegar al mercado. La fruta con destino industrial (para producir zumos, mermeladas, conservas en almíbar, etc.) puede recibir más golpes y los daños, o bien se detienen aplicándole algún producto, o bien se elimina en la fábrica la zona dañada y se procesa el resto. Para recoger el primer tipo de fruta se han desarrollado plataformas, mientras que el segundo tipo resulta más rápido y (quizás) barato recogerla con cosechadoras de frutas.

Mecanización de la recolección de fruta

Los autores hacen una revisión de la maquinaria de recolección de fruta, cuya utilización viene fuertemente condicionada con el destino, industria o fresco, que vaya a tener.

Mecanización de la recolección de fruta en España

Se describen los métodos de recolección mecánica de fruta empleados en España, resaltando aquellos aspectos más innovadores como son los referentes a plantaciones de fútales de alta densidad; plataformas de ayuda a la recolección manual; mecanización de la vendimia; vibradores para recogida de frutos secos o destinados a la industria de transformación y se menciona la investigación en marcha sobre recolección robotizada. Como aspecto importante a considerar se resalta el control de los daños producidos a la fruta en la manipulación mecánica y la necesidad de mantener una calidad de la misma.

La maquinaria agrícola en el siglo XX

La evolución de la maquinaria agrícola en el siglo XX ha sido tan espectacular que, de los tres grandes avances habidos a lo largo de la historia de la maquinaria agrícola, dos de ellos podemos considerar que marcan el comienzo y el fin del siglo XX. El primer avance fundamental se dio el día en que el hombre que removía la tierra golpeándola con una herramienta tipo azada decidió avanzar con ella introducida en el suelo venciendo la fuerza de tiro. Nació así el arado en un tiempo indeterminado de la prehistoria. Esa primera máquina y las pocas que en muchos siglos después se diseñaron para trabajar la tierra estaban accionadas por esfuerzo muscular, ya fuera el del hombre o de los animales de tiro. El siguiente paso decisivo, que libra al hombre de la necesidad de contar con fuerza muscular para trabajar el campo, se dio al aplicar a la agricultura la energía generada por motores que consumen combustibles. Aunque a lo largo del siglo XIX se construyeron máquinas de vapor estacionarias denominadas locomóviles que, mediante un juego de cables y poleas, conseguían tirar de los arados, su uso fue escaso y los agricultores no se libraron de seguir con su collera de muías o yunta de bueyes. Sin embargo, la construcción del primer tractor con motor de combustión interna, debida a Froelich en 1892, marca el inicio de la actual tractorización. A partir de ese momento, tanto el tamaño de las máquinas como el de la superficie trabajada por un agricultor pueden crecer, porque es la energía desarrollada por un motor la que realiza los esfuerzos necesarios. Esta fecha de 1892 podemos considerarla el inicio del siglo XX en maquinaria agrícola. Por último, en época reciente estamos asistiendo al empleo de dispositivos electrónicos e informáticos en las máquinas, los cuales miden diversas variables relativas al trabajo que desarrolla, guardan la información en registros e, incluso, deciden cómo debe comandarse la máquina. No sólo estamos liberados de realizar esfuerzos, sino también de mantener toda nuestra atención en el trabajo y tomar decisiones en función de las características del terreno, cultivo, etc. Estas técnicas, que a nivel de investigación y prototipo existen desde los años 90, marcan el inicio del siglo XXI en el que es de esperar que se difundan. Por tanto, ya tenemos encuadrado el siglo XX como el periodo comprendido desde que el esfuerzo para trabajar la tierra deja de ser muscular hasta que el cerebro que toma las decisiones podrá dejar de ser humano.

Modelado, control y diseño de robots submarinos de estructura paralela con impulsores vectorizados.

En años recientes, se han realizado algunos esfuerzos para equipar a robots submarinos con impulsores vectorizados. Este sistema de propulsión permite el uso de una menor cantidad de impulsores, esto a su vez tiene consecuencias favorables en el volumen y costo del robot a medida que una mayor potencia de propulsión es requerida. El propósito de esta tesis es realizar un estudio sobre el modelado, control y diseño de robots submarinos de estructura paralela con impulsores vectorizados. De esta manera exponer los aspectos más importantes relativos a estos puntos, y proponer soluciones a los problemas que plantea la arquitectura de estos robots. En esta tesis se tomo como objeto de estudio el robot Remo 2, cuya estructura paralela representa una gran parte del volumen del robot y esto hace que su análisis sea el más complejo que se pueda tener en los robots de esta categoría. El diseño de este robot es un concepto radicalmente diferente al de los robots submarinos convencionales. Sus características son prometedoras, pero para poder sacar provecho de estas potencialidades es necesario un entendimiento de la dinámica del robot. En este trabajo se presenta el desarrollo y análisis de modelos analíticos, y el desarrollo de herramientas de simulación para este robot. El propósito de estas herramientas es identificar las oportunidades y restricciones impuestas por la estructura y la dinámica del vehículo. Se presenta el planteamiento (y solución) de los problemas cinemático y dinámico inverso para un robot submarino de estructura paralela. Por otro lado, se demostró por primera vez el funcionamiento del concepto del robot submarino a través de una herramienta de simulación. Haciendo uso de esta herramienta se exploro el desempeño del robot bajo diversos esquemas de control, se encontró que el robot es capaz de ejecutar con éxito diversas maniobras empleando controladores clásicos. Se presento un controlador basado en el modelo del robot y se demostró sus ventajas. Posteriormente se presento un apartado cuyo propósito es exponer aspectos importantes sobre el diseño de este tipo de robots, sobre todo aquellos que influyen en su desempeño cinetostático. Se plantea el problema del diseño óptimo de un robot tipo Remo 2, y se proponen un par de índices de desempeño globales. Otra contribución fue, en condición de coautoría, el diseño y análisis de una nueva estructura paralela la cual no ha sido considerada anteriormente en la literatura.

Design and modeling of the multi-agent robotic system: SMART

This article presents the design, kinematic model and communication architecture for the multi-agent robotic system called SMART. The philosophy behind this kind of system requires the communication architecture to contemplate the concurrence of the whole system. The proposed architecture combines different communication technologies (TCP/IP and Bluetooth) under one protocol designed for the cooperation among agents and other elements of the system such as IP-Cameras, image processing library, path planner, user Interface, control block and data block. The high level control is modeled by Work-Flow Petri nets and implemented in C++ and C♯♯. Experimental results show the performance of the designed architecture.