UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

1. UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL” TRABAJO DE TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES PRESENTAN:&JULIO CESAR VILLANA CORREAJUAN SERGIO FIRÓ LEÓN ASESORES: M. EN C. ANDRÉS GERARDO FUENTES COVARRUBIAS M. EN C. RICARDO FUENTES COVARRUBIAS

2. INTRODUCCIÓN • REALIDAD VIRTUAL • BRAZO DE ROBOT MITSUBISHI RV-M1 • ENTORNO DE PROGRAMACIÓN DE ARDUINO • IMPLANTACIÓN DEL PROCESO • CONCLUSIONES

3. La idea de la industria manufacturera moderna es automatizar la totalidad de sus procesos, así como actividades que impliquen algún tipo de riesgo para los operarios o el empleo del uso excesivo de la fuerza física, razón por la cual pretenden utilizar la robótica. Sin embargo, no es una tarea sencilla de implementar, se requiere de un experto con los conocimientos necesarios que realice esta labor. Éste proyecto pretende simplificar dicha tarea, para prescindir del experto y hacer que la interacción máquina-humano sea lo más natural posible, proponiendo el desarrollo de una tecnología con sentido propio y que contribuya a la solución de una problemática particular de la industria manufacturera. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

4. Por lo cual, este trabajo de investigación trata sobre el diseño e implementación del hardware y software para la adquisición de datos de sensores de movimiento, situados en un guante y lograr su interacción con un entorno de realidad virtual. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

5. Es una representación de las cosas a nuestro alrededor a través de medios electrónicos, la cual, permite tener la sensación de estar ubicados en una situación real en la que es posible interactuar con el entorno. Ha sido aplicada a diversos ámbitos, brindando un ambiente adecuado no sólo para el entretenimiento, sino también para su uso científico, laboral y hogareño. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

6. La realidad virtual puede ser de dos tipos, inmersiva y no inmersiva. La inmersiva es un ambiente manipulado a través de guantes, cascos y otros dispositivos que capturan posición y rotación del cuerpo. La no inmersiva se encuentra en ambientes como Internet, en donde se interactúa con distintos usuarios en tiempo real. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

7. El brazo de robot Mitsubishi RV-M1, es un micro-robot de elemento motriz eléctrico, el sistema que controla éste robot está constituido principalmente por cinco componentes: - Brazo articulado con efector final - Teaching box (caja de aprendizaje) - Controlador - Cables de conexión - Computadora con software para comunicarse con el robot DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

8. El robot Mitsubishi RV-M1 cuenta con una capacidad de carga es de 1,2 Kg, sin incluir el peso del efector final adaptado a él. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

9. El brazo cuenta con cuatro articulaciones y cinco grados de libertad: Cintura: J1: -150º a 150º Hombro: J2: -30º a 100º Codo: J3: 0º a 110º  Muñeca: J4: Pitch (inclinación) -90º a 90º J5: Roll (giro) -180º a 180º DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

10. El rango de operación, del Mitsubishi RV-M1 tiene los siguientes parámetros: - Rotación de cintura: 300º (máx. 120º/s) - Rotación de hombro: 130º (máx. 72º/s) - Rotación de codo: 110º (máx. 109º/s) - Cabeceo de muñeca: +/- 90º (máx. 100º/s) - Balanceo de muñeca: +/- 180º (máx. 163º/s) DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

11. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

12. La programación explícita es la utilizada en las aplicaciones industriales, la programación gestual, consiste en guiar al robot directamente a lo largo de la trayectoria que debe seguir, puede ser:  - Programación por aprendizaje directo - Programación por un dispositivo de enseñanza DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

13. La programación textual son las acciones que ha de realizar el brazo y se especifican mediante las instrucciones de un lenguaje. Es posible clasificarla dentro de dos grupos: • Programación textual explícita (secuencia de instrucciones concretas). - Nivel de movimiento elemental. (Articular o cartesiano) - Nivel estructurado.  DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

14. Programación textual especificativa. (Se describen las especificaciones de los productos). Modelos orientados a los objetos. Modelos orientados a los objetivos. El método utilizado por el robot Mitsubishi RV-M1, es el de programación textual explícita. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

15. Processinges un lenguaje de programación open source (código abierto) y un ambiente de trabajo para personas que quieran programar imágenes, animaciones e interacciones. Processinges un proyecto abierto iniciado por Ben Fry y Casey Reas. Se desarrolló de las ideas exploradas en el Grupo de Estética y Computación del Media Lab del MIT. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

16. Cada uno de los 14 pines digitales del Arduino puede ser usado como entrada o salida digital, usando funciones pinMode(), digitalWrite() y digitalRead() . Operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir un máximo de 40 mA y tiene una resistencia interna “pull-up” (desconectada por defecto) de 20-50 KOhms. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

17. Lee el valor de tensión en el pin analógico especificado. La placa Arduino posee 6 canales (8 canales en el Mini y Nano y 16 en el Mega) conectados a un conversor analógico digital de 10 bits. Esto significa que convertirá tensiones entre 0 y 5 volts a un número entero entre 0 y 1023. Esto proporciona una resolución en la lectura de: 5 voltios / 1024 unidades, es decir, 0.0049 voltios (4.9 mV) por unidad. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

18. Se utiliza para la comunicación entre la placa Arduino y un ordenador u otros dispositivos. Todas las placas Arduino tienen al menos un puerto serie (también conocido como UART o USART): Serial. Se comunica a través de los pines digitales 0 (RX) y 1 (TX), así como con el ordenador mediante USB. Por lo tanto, si utilizas estas funciones, no puedes usar los pines 0 y 1 como entrada o salida digital. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

19. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

20. La cinemática se interesa por la descripción analítica del movimiento especial del robot como una función del tiempo, y en particular por las relaciones entre la posición y la orientación del extremo final del robot con los valores que toman sus coordenadas articulares. Existen dos problemas fundamentales a resolver en la cinemática del robot; el primero de ellos se conoce como el problema cinemático directo, y consiste en determinar cuál es la posición y orientación del extremo final del robot, con respecto a un sistema de coordenadas que se toma como referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

21. El segundo, denominado problema cinemático inverso, resuelve la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación del extremo conocidas. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

22. De forma concreta, existen dos formas básicas para especificar el movimiento: 1. Suministrando puntos consecutivos e ignorando la trayectoria espacial que describe el robot entre cada dos puntos. 2. Especificando el camino que debe unir los puntos mediante una determinada trayectoria, tal como una línea recta o un círculo, que debe describir el robot en el espacio de trabajo. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

23. El movimiento del robot no se acabará hasta que se alcance por completo el punto final, lo que se producirá cuando el eje que más tarde concluya su movimiento. De esta manera, el tiempo total invertido en el movimiento coincidirá con el del eje que más tiempo emplee en realizar su movimiento particular, pudiéndose dar la circunstancia de que el resto de los actuadores hayan forzado su movimiento a una velocidad y aceleración elevada, viéndose obligados finalmente a esperar a la articulación más lenta. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL

24. Uno de los objetivos que mas llamaba nuestra atención, razón por la cuál también se dio comienzo a este proyecto, era el de ayudar a la industria manufacturera con la eliminación de las secuencias programadas del brazo de robot y enfatizar como prioridad el libre movimiento del usuario, objetivo que se cumplió con amplia satisfacción, ya que se logró realizar una perfecta conexión entre el guante y brazo de robot y una buena aceptación de los usuarios que lo probaron. No obstante de eso, llegamos a la determinada conclusión que este proyecto podría ayudar no solo a la industria manufacturera, si no también podría expandirse hasta el área de la medicina entre otros campos. DESARROLLO DE UN GUANTE DE REALIDAD VIRTUAL