Navegación de un robot móvil sobre terreno irregular con contacto de su brazo con el suelo

En esta tesis se aborda el problema de la navegabilidad de robots móviles sobre terrenos irregulares, los cuales poseen diferentes inclinaciones y variedad de obstáculos. Este tema constituye actualmente una línea de investigación activa dirigida al desarrollo de nuevos robots y, adicionalmente, enfocada al desarrollo de estrategias de navegación eficientes y con el mínimo riesgo de inutilización. En primer lugar se desarrolló el robot móvil Lázaro para navegar en este tipo de terrenos, el cual posee un brazo articulado con una rueda como efector final. Esta rueda le permite al brazo mantener un punto de contacto adicional con el suelo que puede ayudar al robot a compensar situaciones de inestabilidad y sobrepasar algunos obstáculos que pudieran presentarse en estos entornos. Posteriormente, se desarrollaron tres medidas cuantitativas que permiten evaluar la navegabilidad de cualquier robot móvil cuando transita sobre terreno irregular. Estas tres medidas son: un índice de estabilidad, el cual evalúa la propensión al vuelco; un índice de direccionamiento, el cual evalúa la disponibilidad del robot para direccionarse y seguir una trayectoria dada y, por último, un índice de deslizamiento, el cual evalúa la propensión del robot a deslizarse hacia abajo cuando se desplaza sobre superficies inclinadas. Finalmente, se definieron un conjunto de maniobras que puede ejecutar Lázaro y que están dirigidas a garantizar la navegación cuando el robot se desplaza sobre superficies inclinadas o cuando debe sobrepasar obstáculos tales como escalones, rampas o zanjas. Todas las estrategias diseñadas se fundamentan en el uso del brazo como herramienta adicional que posee el robot para mejorar su navegabilidad.

Aportaciones al hardware para sensores táctiles inteligentes basados en FPGAs

En esta tesis doctoral se presentan distintas soluciones para la adquisición de datos provenientes de matrices de sensores resistivos, y en concreto de sensores táctiles piezorresistivos. Los circuitos propuestos reducen el hardware de acondicionamiento y adquisición clásico, implementado una conexión directa entre el sensor y el dispositivo digital (FPGA) que recibe los datos. El objetivo es la adquisición en paralelo y con bajo coste y consumo de área de grandes cantidades de datos provenientes de los sensores matriciales, aprovechando las capacidades de las FPGAs para llevar a cabo medidas simultáneas de varios sensores. Dependiendo del tipo de direccionamiento que pueda ser empleado, dos soluciones son propuestas. En el caso donde el número de unidades sensoriales de la matriz no sea excesivamente alto y el direccionamiento pueda ser realizado sin compartir conexionado, el valor de resistencia de los distintos elementos de la matriz se obtiene a partir del tiempo de descarga de una red RC o integrador pasivo que incluye al sensor. Por otro lado, para matrices con un gran número de elementos o donde el direccionamiento de los mismos haga uso de conexiones compartidas, el uso de un circuito integrador activo reduce la diafonía entre los elementos medidos simultáneamente. El análisis y caracterización de los circuitos propuestos para un rango de resistencias de un sensor táctil piezorresistivo da lugar a una resolución efectiva en la conversión analógico-digital de 10 bits y 8 bits para los circuitos de conexión directa basados en el integrador pasivo y activo, respectivamente. En cuanto a la exactitud en la medida del valor de resistencia, se alcanzan errores relativos del 0,066% (integrador pasivo) y del 0,77% (integrador activo), empleando una novedosa técnica de calibración que hace uso de un único elemento de referencia. Por último, se propone una arquitectura para un sistema táctil basada en los circuitos anteriormente citados. Dos implementaciones se han desarrollado: un prototipo para caracterización y pruebas de laboratorio, y otro para un demostrador en una mano robótica comercial (mano de Barrett). Con estas realizaciones se comprueba que el sistema táctil es capaz de realizar el refresco del conjunto de sensores con una tasa lo suficientemente alta para aplicaciones que requieran una rápida respuesta dinámica (por ejemplo, detección de deslizamiento de objetos en tareas de manipulación con manos robóticas). Además, el paralelismo de las FPGAs no sólo se explota en la adquisición de datos, sino que el pre-procesado que puede realizarse en el sensor inteligente resultante tiene un gran potencial. Como ejemplo, en este trabajo se extraen los momentos geométricos y la elipse asociados a las imágenes táctiles adquiridas por cada uno de los sensores que conforman el sistema.

DESLIZAMIENTOS EN LA CUENCA MEDIA Y SUPERIOR DEL RIO REVENTADO, CARTAGO, COSTA RICA

La cuenca del río Reventado, situada en la vertiente sur del Volcán Irazú, Costa Rica, presenta actualmente un riesgo para la ciudad de Cartago (aproximadamente 30.000 habitantes), especialmente para algunos asentamientos cercanos al río mismo.  Este riesgo consiste, en primer lugar, en un deslizamiento con grandes extensiones en la parte inferior de la cuenca media, el deslizamiento llamado San Blas. Este deslizamiento está formado por la antigua terraza de Banderilla de material de avalanchas holocenas y que fue activado en el comienzo de la década de los setenta por la destrucción de su sostén por la explotación de materiales en tajos. Anteriormente, la última vez en los años 63-65, el riesgo era diferente:Erupciones del Irazú con grandes cantidades de cenizas originaron un cambio violento del régimen hidrológico, intensas lluvias causaron crecidas y avalanchas, profundizando en la cuenca superior los cauces y provocando así deslizamientos. En la cuenca baja estas avalanchas provocan inundaciones y acumulaciones de los abanicos diferentes. Los deslizamientos activados por estos eventos actualmente muestran poca o ninguna actividad, pero el riesgo de repeticiones de estos eventos persiste. SUMMARYThe Rio Reventado watershed, situated in the southern slope of the Irazú volcano, Costa Rica, presents a risk for the town of Cartago (30.000 inhabitants) and specially for some settlements near the river.  In first place, this risk consists of a huge landslide in the lower part of the watershed, the<<San Blas- landslide, which is formed by the labaric material of a Holocene terrace of the Reventado, called <<Banderilla- terrace>>. At the beginning of the seventies this terrace was activated due the explotation of its materials in two quarries.  The risks existing before in this watershed were of an other nature, an example give the events of years 1963-65:A violent hydrologic change in the upper part of the Reventado watershed due to the ashfall of an eruption of the Irazú caused big mudflows whish depend the river beds and thus provoked landslides.  These mud flows caused inundations and accumulations in the lower watershed. Today, the land slides activated in the sixties are stable or semistable, but the risk of repetitions still persists.

LA SUSCEPTIBILIDAD A LA INESTABILIDAD DE LADERAS EN LA ZONA NORTE DE ALAJUELA Y EL TERREMOTO DE FRAIJANES DE 1888. EFECTOS Y PREVISIÓN

El terremoto de Fraijanes de 1888 (30 de diciembre), con una magnitud moderada (5.0  M 6.5)  generó una serie de deslizamientos que afectaron los caminos vecinales, viviendas, potreros, zonas de cultivo y aun las áreas de bosques, ríos y quebradas.  El deslizamiento más grande fue el que originó la Laguna de Fraijanes y para la cual proponemos su mecanismo de falla.   Examinando el relieve relativo, las características geológico-geomorfológicas, así como los deslizamientos identificables de la región, se ha obtenido un mapa de susceptibilidad a la inestabilidad de laderas.  Lo anterior permite delimitar zonas de diferente susceptibilidad, las cuales manifiestan diferente aptitud a la construcción de urbanizaciones, obras civiles, etc; así como la necesidad de realización de estudios geotécnicos para su correcto diseño.

EFECTIVIDAD DE LA METODOLOGÍA MORA-VAHRSON MODIFICADA EN EL CASO DE LOS DESLIZAMIENTOS PROVOCADOS POR EL TERREMOTO DE CINCHONA, COSTA RICA

Uno de  los primeros pasos en  la gestión de riesgos por deslizamiento es  la determinación de  las zonas de amenaza, para esto existen una serie de modelos, cada cual con un nivel de complejidad y detalle, cuya selección dependerá del tipo y calidad de datos disponibles en cada región, así como de utilidad de la información generada para el tomador de decisiones. Uno de los modelos más am-pliamente utilizados en la región centroamericana es denominado Método Mora-Vahrson, del cual se analizaran ex-poste al terremoto de Cinchona, con la finalidad de valorar su precisión, en virtud de su simplicidad y fácil aplicación.