Design and control of multi-finger haptic devices for dexterous manipulation

En la interacción con el entorno que nos rodea durante nuestra vida diaria (utilizar un cepillo de dientes, abrir puertas, utilizar el teléfono móvil, etc.) y en situaciones profesionales (intervenciones médicas, procesos de producción, etc.), típicamente realizamos manipulaciones avanzadas que incluyen la utilización de los dedos de ambas manos. De esta forma el desarrollo de métodos de interacción háptica multi-dedo dan lugar a interfaces hombre-máquina más naturales y realistas. No obstante, la mayoría de interfaces hápticas disponibles en el mercado están basadas en interacciones con un solo punto de contacto; esto puede ser suficiente para la exploración o palpación del entorno pero no permite la realización de tareas más avanzadas como agarres. En esta tesis, se investiga el diseño mecánico, control y aplicaciones de dispositivos hápticos modulares con capacidad de reflexión de fuerzas en los dedos índice, corazón y pulgar del usuario. El diseño mecánico de la interfaz diseñada, ha sido optimizado con funciones multi-objetivo para conseguir una baja inercia, un amplio espacio de trabajo, alta manipulabilidad y reflexión de fuerzas superiores a 3 N en el espacio de trabajo. El ancho de banda y la rigidez del dispositivo se han evaluado mediante simulación y experimentación real. Una de las áreas más importantes en el diseño de estos dispositivos es el efector final, ya que es la parte que está en contacto con el usuario. Durante este trabajo se ha diseñado un dedal de bajo peso, adaptable a diferentes usuarios que, mediante la incorporación de sensores de contacto, permite estimar fuerzas normales y tangenciales durante la interacción con entornos reales y virtuales. Para el diseño de la arquitectura de control, se estudiaron los principales requisitos para estos dispositivos. Entre estos, cabe destacar la adquisición, procesado e intercambio a través de internet de numerosas señales de control e instrumentación; la computación de equaciones matemáticas incluyendo la cinemática directa e inversa, jacobiana, algoritmos de detección de agarres, etc. Todos estos componentes deben calcularse en tiempo real garantizando una frecuencia mínima de 1 KHz. Además, se describen sistemas para manipulación de precisión virtual y remota; así como el diseño de un método denominado "desacoplo cinemático iterativo" para computar la cinemática inversa de robots y la comparación con otros métodos actuales. Para entender la importancia de la interacción multimodal, se ha llevado a cabo un estudio para comprobar qué estímulos sensoriales se correlacionan con tiempos de respuesta más rápidos y de mayor precisión. Estos experimentos se desarrollaron en colaboración con neurocientíficos del instituto Technion Israel Institute of Technology. Comparando los tiempos de respuesta en la interacción unimodal (auditiva, visual y háptica) con combinaciones bimodales y trimodales de los mismos, se demuestra que el movimiento sincronizado de los dedos para generar respuestas de agarre se basa principalmente en la percepción háptica. La ventaja en el tiempo de procesamiento de los estímulos hápticos, sugiere que los entornos virtuales que incluyen esta componente sensorial generan mejores contingencias motoras y mejoran la credibilidad de los eventos. Se concluye que, los sistemas que incluyen percepción háptica dotan a los usuarios de más tiempo en las etapas cognitivas para rellenar información de forma creativa y formar una experiencia más rica. Una aplicación interesante de los dispositivos hápticos es el diseño de nuevos simuladores que permitan entrenar habilidades manuales en el sector médico. En colaboración con fisioterapeutas de Griffith University en Australia, se desarrolló un simulador que permite realizar ejercicios de rehabilitación de la mano. Las propiedades de rigidez no lineales de la articulación metacarpofalange del dedo índice se estimaron mediante la utilización del efector final diseñado. Estos parámetros, se han implementado en un escenario que simula el comportamiento de la mano humana y que permite la interacción háptica a través de esta interfaz. Las aplicaciones potenciales de este simulador están relacionadas con entrenamiento y educación de estudiantes de fisioterapia. En esta tesis, se han desarrollado nuevos métodos que permiten el control simultáneo de robots y manos robóticas en la interacción con entornos reales. El espacio de trabajo alcanzable por el dispositivo háptico, se extiende mediante el cambio de modo de control automático entre posición y velocidad. Además, estos métodos permiten reconocer el gesto del usuario durante las primeras etapas de aproximación al objeto para su agarre. Mediante experimentos de manipulación avanzada de objetos con un manipulador y diferentes manos robóticas, se muestra que el tiempo en realizar una tarea se reduce y que el sistema permite la realización de la tarea con precisión. Este trabajo, es el resultado de una colaboración con investigadores de Harvard BioRobotics Laboratory. ABSTRACT When we interact with the environment in our daily life (using a toothbrush, opening doors, using cell-phones, etc.), or in professional situations (medical interventions, manufacturing processes, etc.) we typically perform dexterous manipulations that involve multiple fingers and palm for both hands. Therefore, multi-Finger haptic methods can provide a realistic and natural human-machine interface to enhance immersion when interacting with simulated or remote environments. Most commercial devices allow haptic interaction with only one contact point, which may be sufficient for some exploration or palpation tasks but are not enough to perform advanced object manipulations such as grasping. In this thesis, I investigate the mechanical design, control and applications of a modular haptic device that can provide force feedback to the index, thumb and middle fingers of the user. The designed mechanical device is optimized with a multi-objective design function to achieve a low inertia, a large workspace, manipulability, and force-feedback of up to 3 N within the workspace; the bandwidth and rigidity for the device is assessed through simulation and real experimentation. One of the most important areas when designing haptic devices is the end-effector, since it is in contact with the user. In this thesis the design and evaluation of a thimble-like, lightweight, user-adaptable, and cost-effective device that incorporates four contact force sensors is described. This design allows estimation of the forces applied by a user during manipulation of virtual and real objects. The design of a real-time, modular control architecture for multi-finger haptic interaction is described. Requirements for control of multi-finger haptic devices are explored. Moreover, a large number of signals have to be acquired, processed, sent over the network and mathematical computations such as device direct and inverse kinematics, jacobian, grasp detection algorithms, etc. have to be calculated in Real Time to assure the required high fidelity for the haptic interaction. The Hardware control architecture has different modules and consists of an FPGA for the low-level controller and a RT controller for managing all the complex calculations (jacobian, kinematics, etc.); this provides a compact and scalable solution for the required high computation capabilities assuring a correct frequency rate for the control loop of 1 kHz. A set-up for dexterous virtual and real manipulation is described. Moreover, a new algorithm named the iterative kinematic decoupling method was implemented to solve the inverse kinematics of a robotic manipulator. In order to understand the importance of multi-modal interaction including haptics, a subject study was carried out to look for sensory stimuli that correlate with fast response time and enhanced accuracy. This experiment was carried out in collaboration with neuro-scientists from Technion Israel Institute of Technology. By comparing the grasping response times in unimodal (auditory, visual, and haptic) events with the response times in events with bimodal and trimodal combinations. It is concluded that in grasping tasks the synchronized motion of the fingers to generate the grasping response relies on haptic cues. This processing-speed advantage of haptic cues suggests that multimodalhaptic virtual environments are superior in generating motor contingencies, enhancing the plausibility of events. Applications that include haptics provide users with more time at the cognitive stages to fill in missing information creatively and form a richer experience. A major application of haptic devices is the design of new simulators to train manual skills for the medical sector. In collaboration with physical therapists from Griffith University in Australia, we developed a simulator to allow hand rehabilitation manipulations. First, the non-linear stiffness properties of the metacarpophalangeal joint of the index finger were estimated by using the designed end-effector; these parameters are implemented in a scenario that simulates the behavior of the human hand and that allows haptic interaction through the designed haptic device. The potential application of this work is related to educational and medical training purposes. In this thesis, new methods to simultaneously control the position and orientation of a robotic manipulator and the grasp of a robotic hand when interacting with large real environments are studied. The reachable workspace is extended by automatically switching between rate and position control modes. Moreover, the human hand gesture is recognized by reading the relative movements of the index, thumb and middle fingers of the user during the early stages of the approximation-to-the-object phase and then mapped to the robotic hand actuators. These methods are validated to perform dexterous manipulation of objects with a robotic manipulator, and different robotic hands. This work is the result of a research collaboration with researchers from the Harvard BioRobotics Laboratory. The developed experiments show that the overall task time is reduced and that the developed methods allow for full dexterity and correct completion of dexterous manipulations.

Seguimiento a la interacción del estudiante con recursos educativos desplegados en contextos diferentes al LMS a través de la implementación del estándar Tin Can Api

Los maestros deben fortalecer desde el currículo ambientes adecuados para que los estudiantes se apropien del manejo de las TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación) y las involucren en el proceso de enseñanza - aprendizaje; favoreciendo con esto el desarrollo de los contenidos en todas las áreas -- Cuando se pretende hacer uso de las TIC para mejorar el aprendizaje significativo de los estudiantes, se evidencia la debilidad que tiene el maestro para realizar un seguimiento a las actividades informales que realiza el estudiante para comprender un tema o adquirir una competencia -- El primer acercamiento para mejorar esta problemática, es realizar una integración de un estándar educativo para llevar un control y registrar las actividades informales que el estudiante realice a través de Internet, empleando un sinnúmero de aplicaciones que la web ofrece -- Para el mejoramiento del proceso evaluativo de los estudiantes de la Institución Educativa San José, se implementará la integración del estándar Tin Can Api dentro de un prototipo para realizar seguimiento a las actividades informales que realicen los estudiantes con el fin de llevar un registro de experiencias de aprendizaje -- Teniendo en cuenta lo anterior el maestro debe estar preparado para utilizar metodologías apoyadas en las herramientas tecnológicas, así el aprendizaje se logra con mayor disfrute y calidad

Del sueño cartesiano a la muerte encefálica

Resumen: Entre el sueño y la muerte hay “sólo una distancia”. El dormir encierra un misterio que se aviva con los sueños y, al parecer, habrían prefigurado al mismo método científico moderno. Descartes pensó que en sus sueños se transmitía el espíritu de la verdad. El alma soñadora e inmortal adquirió notoriedad en su dualismo, al tiempo que dejó de asociársela con la muerte. Tres siglos después, la medicina permitió identificar individuos que estaban muertos, aunque pareciesen dormidos (coma dépassé). Así reapareció la asociación sueño-muerte, pero ahora con médicos provistos del “diagnóstico anátomo-clínico” que, por su herencia cartesiana, demandará evidencias. La duda metódica integrada al pensamiento científico, aportaría incertidumbre a las formulaciones cerebrales de la muerte. Este trabajo repasa el valor de los sueños para el pensamiento occidental, busca al “hombre-máquina” dentro de los criterios neurológicos del fallecido y, con la ayuda de la Filosofía, intenta comprender algunas objeciones en torno a la licitud del diagnóstico de “muerte encefálica”. Se propone una revisión sucinta de la obra del filósofo francés y su reflejo en aspectos del debate ofrecido por la literatura médica.

Desarrollo de rutinas de control y mejora delsoftware de programación de líneas CNC

El proyecto consiste en integrar el control de una marcadora neumática de COUTH en el control de una GT100 de forma que se pueda controlar la máquina completa desde una única interfaz hombre-máquina. Además de esto se ha mejorado la interfaz existente dándole un aspecto renovado y facilitando la navegabilidad. Por último, se optimizaron unas maniobras eléctricas importantes, mejorando así el conjunto de la máquina. Español

Simulación y automatización del sistema de aceite de una turbina de gas en un almacenamiento de gas natural.

73 p. : il., col.

Evaluación y mejoramiento productivo de PLASPUCOL

Este proyecto de grado pretende evaluar el comportamiento productivo de la empresa Plaspucol ubicada en la ciudad de Bogotá, identificando las deficiencias en su proceso y generando mecanismo de mejoramiento a través de un previo análisis. Para ello es necesario partir de un marco teórico del plástico como lo es su historia, su evolución, clasificación y su posicionamiento e influencia económica a nivel mundial y vista a su vez desde el ámbito nacional. Para analizar dichas situaciones se usaron herramientas aprendidas en lo largo de nuestra formación profesional como los diagramas de recorrido, diagramas de flujo, diagrama hombre-máquina, diagrama de balanceo, muestreo y un moderno simulador llamado Promodel con el cual se diagnostica a la empresa identificando puntos débiles y cuellos de botella en la producción en la situación actual y se crea una situación futura con propuestas de mejora empleando éste simulador.

Evaluation of conversational agents : Mariá and ET. 'Evaluación de agentes de conversación : Mariá y ET'.

Resumen tomado del autor. Artículo seleccionado del VIII Congreso Iberoamericano de informática Educativa RIBIE 2006, (San José, Costa Rica 2006), extendido y revisado para su publicación en IE Comunicaciones

Elementos cognitivos para el análisis ergonómico del trabajo

Esta nota de investigación presenta algunos de los elementos de base para el análisis de la actividad del trabajo desde la perspectiva de la ergonomía cognitiva. Para poder aproximarse a la relación existente entre los procesos cognitivos en el trabajo y la noción de ergonomía es necesario abordar inicialmente la definición de esta disciplina. El termino ergonomía, acuñado en 1940 por el psicólogo británico Hywel Murrell, (del Griego ergo: trabajo + nomos: ley, conocimiento) delimita un campo de investigación disciplinar de las ciencias del trabajo. La ergonomía tiene por objetivo adaptar el trabajo al hombre, así como mejorar las condiciones de trabajo y las relaciones hombre-máquina. La ergonomía puede ser preventiva, de concepción, correctiva y cognitiva. La ergonomía es una disciplina que nació con el propósito de integrar, en la concepción de los sistemas de trabajo, los conocimientos existentes sobre el hombre en situación de trabajo.

És com l'aire : és aquí i tan sols hem d'aprofitar-la!. 'Está aquí : es como el aire y ­sólo tenemos que aprovecharla!'.

Resumen tomado de la revista

Perspectives de les noves tecnologies a la formació permanent : disseny i implementació d'un dispositiu metodològic. 'Perspectivas de las nuevas tecnologías en la formación permanente : diseño e implementación de un dispositivo metodológico'.

Los objetivos fundamentales de este proyecto se refieren a la adecuada explotación de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en procesos de enseñanza-aprendizaje y más concretamente en el proyecto Campus Extens de la Universitat de les Illes Balears para proporcionar oportunidades de formación de grado, postgrado y actualización y reciclaje profesional a ciudadanos de Menorca e Ibiza mediante un servicio que tiene como soporte sistemas de videoconferencia, materiales hipermedia distribuidos, comunicación mediante ordenador, etc. Dentro de este marco se pretende identificar de la manera más adecuada de integración de las denominadas herramientas telemáticas en la formación y actualización de los formadores, para organizar un dispositivo metodológico adecuado para implementar el sistema de teleenseñanza de Campus Extens, el diseño y desarrollo de materiales, así como la validación de estrategias didácticas y modelos pedagógicos. La muestra son principalmente todos los usuarios de la formación, es decir, alumnos de secundaria, docentes, universitarios y profesionales. El ámbito de aplicación es el proyecto de Campus Extens de la Universitat de les Illes Balears. El proceso es el siguiente : primero se identifican los diferentes perfiles que ofrecen los usuarios de la formación en todos los ámbitos en las Islas Baleares. El segundo paso es la experimentación de sistemas de explotación de videoconferencia a través de RDSI. El tercer paso es la experimentación de aplicaciones necesarias para un aprendizaje efectivo en cualquiera de los escenarios previstos (aulas de autoaprendizaje, sesiones de presencia continuada, distribución de materiales multimedia a través de servidor, etc.). El siguiente paso es realizar estudios complementarios relacionados con las estrategias de implementación y difusión. Se tratan de estudios que tienden a incrementar la accesibilidad y a asegurar una práctica adecuada en el uso de la telemática para la formación y para el aprendizaje. Los principales instrumentos fueron por una parte la aplicación de cuestionarios, por otra parte se realizó un trabajo de campo mediante fichas, y también se utilizó como instrumento de la investigación una parrilla de observación. Se utilizó como técnica de esta investigación el estudio de casos, revisión teórica, elaboración de guías y el análisis de datos. A la hora de analizar la investigación se ha de tener en cuenta que se trata de una investigación proyectada a dos años. Por lo tanto se ha de tomar como una memoria de progreso. Los estudios dan como resultados que la aplicación de las TIC en acciones de formación bajo la concepción del concepto de aprendizaje abierto, abren diferentes caminos de cambios y renovación en cuanto a las perspectivas, recursos y prácticas de profesores y estudiantes. Por otra parte es imprescindible partir de un análisis del contexto en el que se llevará a cabo la innovación, desde un punto de vista geográfico, pedagógico, tecnológico e institucional. La sociedad pide sistemas educativos más flexibles y accesibles, menos costosos y a los cuales se puedan incorporar los ciudadanos a lo largo de la vida, y para responder a este reto las instituciones universitarias tienen que promover experiencias innovadoras en los procesos de enseñanza-aprendizaje con el soporte de las Tecnologías de la Información y la Comunicación. El énfasis, por lo tanto, se ha de hacer en la docencia, en los cambios de estrategias didácticas de los profesores, en los sistemas de comunicación y distribución de los materiales de aprendizaje, en lugar de enfatizar la disponibilidad y las potencialidades de las tecnologías. Campus Extens es la experiencia de la Universitat de les Illes Balears de explotación de las TIC en la docencia universitaria y que tiene como objetivo principal que los alumnos tengan acceso a los servicios educativos del campus desde cualquier lugar, de manera que puedan desarrollar personalmente y autónomamente acciones de aprendizaje utilizando las telecomunicaciones.

Inventario de recursos-sistemas productivos de Cantabria : tomo I.

Madiante el presente estudio lo que se pretende es recoger y estudiar todos los equipos destinados a la producción mecánica, ubicados en centros docentes de Cantabria hasta el mes de Marzo de 1994. Ya que se entiende que el estudio de los recursos productivos y sus sistemas de utilización, son fundamentales en el desarrollo económico, con el fin de poder adoptar las medidas correctoras pertinentes que adecúen la realidad industrial a las necesidades tecnológicas del momento. El libro queda dividido en tres capítulos: 1.Inventario, 2.Resultados y gráficos y 3.Fichas de máquinas-herramientas y sistemas de producción.

Relación de los factores laborales e individuales con la carga mental de los trabajadores de una institución minera (2014)

Objetivo: Establecer la relación de los factores laborales e individuales con la carga mental en los trabajadores del área de contratación y titulación minera y los de seguimiento y control en una institución minera durante el año 2014. Materiales y métodos: Estudio de corte transversal en 298 trabajadores que trabajan en una Institución Minera, en la ciudad de Bogotá. La identificación de los factores laborales e individuales relacionados con la carga mental se hizo mediante la aplicación de un cuestionario autodiligenciado utilizando la guía de Estimación de la carga mental de trabajo: método NASA TLX, en el cual se realizó análisis de medidas de tendencia central y se indagó relación a través de la prueba Chi cuadrado de Pearson, usando nivel de significación del 5%, con el programa SPSS 20. Resultados: La población predominante era de género masculino, donde la mayoría de los trabajadores fueron ingenieros pertenecientes al área de seguimiento y control, se evidenció asociación estadísticamente significativa entre la profesión con la percepción de exigencia física (p ≤ 0,001), de igual modo entre área de trabajo con la percepción de exigencia mental (p ≤ 0,001), en la cual se establece que la carga mental y el factor profesional (técnicos) y el factor laboral (área de seguimiento y control), son determinantes para la aparición de fatiga fisiológica y cognitiva, ya que en estos se evidencia mayor exigencia física en los trabajadores técnicos con un 81,40% y en los trabajadores del área de seguimiento y control con un 99,04%. Conclusión: Se encontró una alta exigencia mental, temporal y esfuerzo en los trabajadores y una relación significativa entre la profesión con la percepción de exigencia física, predominando en los técnicos, seguidos de abogados e ingenieros y entre el área de trabajo con la percepción de exigencia mental, siendo mayor en el área de seguimiento y control.

Ergonomía. Fundamentos para el desarrollo de soluciones ergonómicas

En este texto se presentan algunos conceptos y marcos teóricos útiles para el análisis del trabajo en ergonomía. El objetivo es mostrar los conceptos de base para el estudio del trabajo en la tradición de la ergonomía de la actividad, y analizar de manera general algunos de los modelos empleados para el análisis de una actividad de trabajo. Inicialmente se abordan los principios teóricos de la ergonomía y los principios que provienen de la fisiología, la biomecánica, la psicología y la sociología; también se presentan los acercamientos metodológicos empleados en esta misma perspectiva para el análisis de actividades de trabajo. Se parte del principio de que un estudio ergonómico del trabajo se puede llevar a cabo desde una doble perspectiva: la perspectiva analítica y la perspectiva comprensiva.

De l'alçaprem al diferencial : homes i màquines. 'De la palanca al diferencial : hombres y máquinas'.

Crédito común de Tecnología, destinado a los alumnos de Educación Secundaria Obligatoria. Básicamente se propone una ampliación de los principios básicos de la mecánica, sobretodo de la cinemática. Por eso se favorece la relación de este crédito con el área de Ciencias Experimentales. Para el crédito que presentamos es necesario tener unos conocimientos previos sobre matemáticas (ecuaciones lineales). El material para el alumnado contiene numerosas ilustraciones y dibujos para ejemplificarlo explicado y para realizar ejercicios. Se ofrece material para el profesor, como guía didáctica. Encontramos también, la bibliografía de algunas de las imágenes y fotocopias para realizar transparencias.

El treball amb màquines. 'El trabajo con máquinas'.

Las máquinas han sustituido en gran parte las herramientas y el esfuerzo del trabajo manual. A pesar de ello, incluso para la producción en serie, no hay suficiente con las máquinas modernas, el ser humano continua siendo imprescindible como trabajador y organizador.