Ro b o t As i s te n te (S te v i e ) - UNAM
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Robot Asistente (Stevie)
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Robot Asistente (Stevie)
ROBOT ASISTENTE PARA PERSONAS CON DIFICULTAD MOTRIZ
● RESUMEN
De acuerdo con la Clasificación Internacional del Funcionamiento, de la
Discapacidad y de la Salud, presentada en 2001, las personas con discapacidad
“son aquellas que tienen una o más deficiencias físicas, mentales, intelectuales o
sensoriales y que al interactuar con distintos ambientes del entorno social pueden
impedir su participación plena y efectiva en igualdad de condiciones a las demás”.
Es por eso que nuestro proyecto va dirigido a la creación de un prototipo que
a pesar de que no les permita tener igualdad de condiciones, les permita sentir más
autonomía y tener una vida más cómoda.
Un aspecto que vulnera a las personas de edad y con discapacidad es no
tener un apoyo al interior del hogar. Con el desarrollo del robot se pretende mejorar
la calidad de vida de estas personas, ya que este realizará por ellos tareas simples
que a ellos se les dificulte, como agarrar objetos de una mesa y traerlos de vuelta.
Con nuestro diseño y el prototipo creado, estas personas podrán notar una
mejoría en en la atención de sus cuidados al no tener que realizar tareas que
requieran de mucho esfuerzo y que este prototipo las realice por ellos, para que sea
más agradable para su comodidad.
El control del robot es muy sencillo, para este se necesita un dispositivo móvil
con una aplicación muy sencilla fácil de entender, de modo que las personas
pueden controlar el robot de una manera inalámbrica y sencilla. Además la
aplicación cuenta con comandos de voz.
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● INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO
Robótica
La RAE (Real Academia Española) define a la robótica como “Técnica que aplica la
informática al diseño y empleo de aparatos que, en sustitución de personas, realizan
operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales”, en este sentido
podemos ampliar la definición de la palabra explorando las diferentes ramas de la
robótica: cibernética, inteligencia artificial, robótica Industrial, robótica inteligente,
robótica humanoide y robótica de servicio. En este proyecto, nos centraremos en
esta última rama que se enfoca en brindar servicios a los humanos a través de la
construcción de prototipos que desempeñan tareas específicas para brindar estos
servicios.
Hace más de 4000 años la sociedad se ha ocupado en fabricar máquinas que
imitan al ser humano. El término “robot” fue utilizado por primera vez por Karel
Capek en su obra de teatro “R.U.R.” (“Rossum’s Universal Robots”, en español “Los
robots universales del Rossum”) que fue publicada en 1920. La palabra “robot” viene
del vocablo checo “robota” que significa “trabajo”. U robot puede ser definido como
una máquina que realizan un trabajo por nosotros haciendo la tareas diarias más
prácticas.
Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus
dioses, los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos.
Hacia 1495 Leonardo Da Vinci realizó bocetos De un autómata que era capaz de
realizar movimientos humanos como sentarse, mover la mandíbula, brazos y cuello.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos,
por ejemplo, Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano.
En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer
dibujos.
En el periodo de la revolución industrial, la necesidad de producir mercancía
llevó a la creación de otras invenciones mecánicas, muchas de las cuales estaban
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dirigidas al sector de la producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora
giratoria de Hargreaves en 1770, la hiladora mecánica de Crompton en 1779, el telar
mecánico de Cartwright en 1785, y el telar de Jacquard en 1801. Con estas se
observaba una gran ganancia en las fábricas, ya que realizaban los trabajos más
rápido y con resultados más eficientes. Es en esta época donde gracias a la
invención de máquinas se automatizan los procesos y surge la producción en serie.
La construcción de máquinas fue evolucionando de acuerdo con las
necesidades de la sociedad a través del tiempo. Por ejemplo en el siglo XX se
desarrollan máquinas y computadoras con un propósito militar. En 1932 el Dr.
Vannevar Bush construye una máquina analógica que intentaba resolver ecuaciones
balísticas para las trayectorias de los proyectiles, en el periódo de 1937 a 1943 Alan
Turín diseña la máquina Colossus para descifrar el código enigma alemán durante
la segunda guerra mundial.
Más adelante en 1960 se introdujo el primer robot Unimate, por Joseph
Engelberger, un robot de transmisión hidráulica. Fue instalado en la empresa Ford,
la principal función de este era transportar las piezas fundidas en molde hasta la
cadena de montaje y soldar estas partes sobre el chasis del vehículo.
Con el tiempo, los robots han ido evolucionando, constituyendo una parte
fundamental en nuestra vida, ya que realizan muchos procesos y tareas que hacen
nuestra vida cotidiana cómoda.
Personas de la tercera edad y con discapacidad en México
De acuerdo con las proyecciones que estima el Consejo Nacional de Población
(CONAPO), en 2017 habitan en el país casi 13 millones de personas de 60 ó más.
Un aspecto que vulnera a las personas de edad es no tener un apoyo al interior del
hogar. En el país hay 1.6 millones de personas de 60 y más años que viven solas y
la mayoría son mujeres (63%, sesenta y tres por ciento). Entre los diversos retos por
los cuales atraviesan los adultos mayores está el enfrentarse al deterioro físico que
en su momento generan las enfermedades crónico degenerativas, las cuales
conllevan a una disminución del nivel de funcionamiento, situación que de acuerdo
con los lineamientos del Grupo de Washington (GW) determina si una persona tiene
discapacidad o limitación. Son las personas con discapacidad las que tienen mucha
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dificultad o no pueden realizar al menos una de las siguientes actividades de la vida
diaria: caminar, subir o bajar usando sus piernas, ver (aunque use lentes), mover o
usar brazos o manos, aprender, recordar o concentrarse, escuchar (aunque use
aparato auditivo,; bañarse, vestirse o comer, hablar o comunicarse, así como
problemas emocionales o mentales. Las personas con limitaciones son aquellas que
tienen poca dificultad para realizar al menos una de las actividades de la vida
cotidiana sobre las cuales se indaga y que no están incluidas en las personas con
discapacidad.
De acuerdo con la Clasificación Internacional del Funcionamiento, de la
Discapacidad y de la Salud, presentada en 2001, las personas con discapacidad
“son aquellas que tienen una o más deficiencias físicas, mentales, intelectuales o
sensoriales y que al interactuar con distintos ambientes del entorno social pueden
impedir su participación plena y efectiva en igualdad de condiciones a las demás. En
este proyecto nos enfocaremos hacia aquellas personas con discapacidad motriz
como caminar o moverse, que hace referencia a la dificultad de una persona para
moverse, caminar, desplazarse o subir escaleras debido a la falta de toda o una
parte de sus piernas; incluye también a quienes teniendo sus piernas no tienen
movimiento o presentan restricciones para moverse, de tal forma que necesitan
ayuda de otras persona, silla de ruedas u otro aparato, como andadera o pierna
artificial.
Los datos del CONAPO estiman que de la población total con discapacidad
64.1 tienen dificultad para caminar subir o bajar esto constituye el grupo más grande
dentro de las clasificaciones de discapacidad, de la cuales 33.1 sufre estas
deficiencias por edad avanzada.
Conforme al Artículo 5 de la Ley de los Derechos de las Personas Adultas
Mayores, las personas de 60 y más años deben “recibir protección por parte de la
comunidad, la familia y la sociedad, así como de las Instituciones federales,
estatales y municipales”. Un aspecto que pone en desventaja a los hogares con al
menos un adulto mayor es que su único ingreso proviene de una o varias personas
que tienen 60 y más años. El apoyo económico de familiares fuera del hogar o
instituciones gubernamentales, resulta ser de gran valía en los gastos que realizan
los integrantes del hogar donde reside un adulto mayor. De acuerdo con la
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información de la ENIGH 2016, del total de adultos mayores, 6.7% recibe remesas,
28.8% recibe donativos de otros hogares e instituciones públicas, mientras que
49.2% recibe apoyos por programas gubernamentales. Ascendiendo la cifra
promedio de sus ingresos a 600 dólares.
Regularmente estos grupos no pueden tener una participación activa en la
sociedad debido a sus limitaciones, y también sufren de discriminación, por ello el
desarrollo de un dispositivo que les ayude con sus tareas diarias, sería de utilidad,
ya que dejarían de depender totalmente de otras personas. Muchos son los casos
en los cuales estas personas no son autosuficientes, y debido a los gastos, la familia
no puede dedicarse tiempo completo a sus cuidados. Son pocos los hogares en los
cuales los recursos son suficientes para contratar a personal que se dedique a
cuidarlos, sin embargo aquellos lugares en los que no se tiene la posibilidad de
gastar en ese tipo de atención, las personas quedan desatendidas.
El diseño del robot se haría a un precio accesible, y tendría muchos
beneficios para quien lo adquiriera, sobre todo para las personas que no cuentan
con apoyo o ayuda alguna.
Otros Robots de Asistencia
En la actualidad Toyota está desarrollando un robot de asistencia llamado Human
Support Robot por sus siglas en inglés. Este robot puede ser controlado a través de
control de voz y a través de tablet o dispositivos móviles inteligentes. Tiene un brazo
mecánico que le permite recoger objetos del suelo, así como succionar objetos
pequeños, alcanzar objetos desde altas alturas abrir ventana y realizar otras tareas
del hogar.
Programa Solidworks
SolidWorks es un para modelado mecánico en 2D y 3D, desarrollado en la
actualidad por SolidWorks Corp., para el sistema operativo Microsoft Windows
El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ello tanto planos
técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un
programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas.
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El proceso consiste en traspasar la idea mental del diseñador al sistema,
construyendo virtualmente la pieza o conjunto. Posteriormente todas las
extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante
automatizada.
MIT App Inventor
App Inventor es un software creado por Google Labs para la elaboración de
aplicaciones destinadas al sistema operativo Android. El usuario puede, de forma
visual y a partir de un conjunto de herramientas básicas, ir enlazando una serie de
bloques para crear la aplicación. El sistema es gratuito y se puede descargar
fácilmente de la web. Las aplicaciones creadas con App Inventor están limitadas por
su simplicidad, aunque permiten cubrir un gran número de necesidades básicas en
un dispositivo móvil.
Bluetooth
Bluetooth es una especificación tecnológica para redes inalámbricas que permite la
transmisión de voz y datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia
segura (2,4 GHz). Esta tecnología, por lo tanto, permite las comunicaciones sin
cables ni conectores y la posibilidad de crear redes inalámbricas domésticas para
sincronizar y compartir la información que se encuentra almacenada en diversos
equipos.
OBJETIVO
❏ Construir un prototipo de precio accesible para personas de la tercera edad y
con discapacidad, que haga tareas cotidianas pero simples como, ir por
objetos y traerlos de vuelta u organizar cosas por colores.
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❏ Que con el prototipo las personas estén mejor cuidadas y tengan una vida
más cómoda donde no tengan que hacer esfuerzos que puedan deteriorar su
salud.
HIPÓTESIS
Diseñar y construir un prototipo que realice tareas para personas de edad avanzada
o discapacidad que requieran de cuidados con el objetivo de que les resulte
funcional y de gran ayuda debido a sus condiciones. Además de que la relación
costo-beneficio resulte rentable.
PROBLEMA
La discriminación hacia los grupos que no tienen las mismas capacidades físicas
que el resto de la población los hace vulnerables. muchas no cuentan con los
cuidados adecuados, y la vida acelerada de sus familias les impide atenderlos
correctamente. Es por eso, que para estos caso es evidente la necesidad de una
solución viable que les permita dejarlos en casa y tener la seguridad de que están
siendo atendidos, tal vez no tan eficientemente como un personal de enfermería,
pero que sí tengan ayuda para realizar tareas que si ellos hicieran les tomaría
mucho esfuerzo o sea un riesgo.
Con este prototipo lo familiares o las personas que estén a cargo de estas
personas tendrán una alternativa viable y accesible que ayude con sus cuidados. Y
que para las personas afectadas adquieran cierta autonomía sobre su persona con
la ayuda de este prototipo y se sientan mucho más cómodas al momento de no
tener que realizar tareas que se les dificultan mucho o requieran de una cantidad
excesiva de esfuerzo.
● DESARROLLO
Para la construcción de este prototipo se utilizaron los siguientes materiales:
❖ Papel Cascarón ($5.00)
❖ Palitos de Madera ($15.00)
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❖ Protoboard Mediana ($78.00)
● Estas son placas agujereadas con conexiones internas dispuestas en
hileras, de modo que forman una matriz de taladros a los que
podemos directamente insertar componentes y formar el circuito
deseado. Cada agujero de inserción está a una distancia normalizada
de los demás, lo que quiere decir que un circuito integrado encajará
perfectamente.Tienen la ventaja de ser de rápida ejecución, sin
necesidad de soldador ni herramientas.
❖ Protoboard Grande ($140.00)
❖ Puente H ($20.00)
● El puente H o puente en H es un circuito electrónico que permite a un
motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avanzar y retroceder.
❖ Placa con Sistema Arduino Leonardo ($395.00)
● Esta placa, al igual que los demás modelos, es una placa electrónica
basada en un microcontrolador. En este caso, hablamos del
ATmega32u4, del cual podemos ver el datasheet. Una de las
características de la placa es que cuenta con 20 pines de
entrada/salida digitales, de los cuales, podemos usar 7 como salidas
PWM (Pulse-Width Modulation) y 12 como entradas analógicas.
Además cuenta con un oscilador de cristal que funciona a 16 MHz, una
conexión micro USB, un conector de alimentación, una cabecera de
ICSP (In-Circuit Serial Programming) y, un botón de reinicio. Cumple
los requisitos necesarios para apoyar a la micro. Simplemente hay que
conectarlo a un ordenador mediante un cable USB o con una batería
para comenzar a usarlo.
❖ 2 Servomotores ($70.00 c/u, $140.00)
● Este tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su
rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un
servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en
velocidad como en posición.
❖ Módulo Bluethooth ($152.00)
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● Este módulo Bluetooth permite controlar de forma inalámbrica desde tu
celular proyectos que realices con placas Arduino o
microcontroladores.
❖ Pilas y Portapilas ($40.00)
● Son por lo general utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles.
Está formada por una sola celda electroquímica. El voltaje en los
terminales y la capacidad depende de la reacción química en la celda.
❖ 2 Motorreductores ($89.00 c/u, $178.00 )
● Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea
eléctrico, de explosión u otro) necesita que la velocidad de dicho motor
se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la
máquina. Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios
pares de engranajes que adaptan la velocidad y potencia mecánica
montados en un cuerpo compacto denominado motorreductor. Por lo
que reducen la velocidad aumentando la fuerza.
❖ 4 Llantas ($39.50 c/u, $140.00)
Desarrollo de la construcción del prototipo:
1. Se crearon las plantillas del prototipo usando el programa “SolidWorks”.
2. Se imprimieron y posteriormente se cortaron.
3. Se montaron las dos primeras bases utilizando los palitos de madera, junto al
circuito de los motores (Puente H).
4. Se colocaron las dos últimas bases haciendo uso, así mismo de los palitos,
junto con el circuito para la tarjeta de programación y el circuito Bluetooth.
5. Posteriormente se armó la estructura de la pinza, usando como base palitos
de madera, además se le agregaron en conjunto el servomotor.
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6. Se realizó la programación para controlar al robot.
Programación de la App en MIT App inventor:
Programación en Arduino:
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Planos del robot en SolidWorks:
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● RESULTADOS
Los resultados fueron satisfactorios ya que se cumplió con el objetivo del trabajo. El
prototipo se armó y funcionó correctamente. Tomó diferentes objetos y los pudo
soltar, realizando también las funciones: avanza, retrocede, detente, izquierda y
derecha. Los comandos de voz también funcionaron correctamente ejecutando las
acciones realizadas. Todas estas funciones se controlan desde la app creada para
el proyecto, la cual a su vez, tuvo un desempeño correcto.
Prototipo terminado:
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Liga al video del prototipo ejecutando las acciones:
https://www.youtube.com/watch?v=ahXVC4Owx9Q&feature=youtu.be
● ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
El prototipo fue exitoso en su totalidad. A pesar de no realizar funciones muy
especializadas, es un prototipo que cuenta con lo necesario para cumplir con el
objetivo que se le planteó, ayudando a personas con este tipo de dificultades.
Además resulta de gran utilidad ya que su manejo es muy fácil y todo es a través de
una app, que es muy simple pero fácil de entender, lo único que se requiere es un
dispositivo móvil donde instalarla. La alimentación se hace a través de 4 pilas
convencionales de muy fácil acceso.
Relación Costo-Beneficio
Su costo será entre los $1,500.00, considerando todo lo necesario para su uso y
manejo, es muy adecuado para todas las funciones que realizará. Al adquirirlo se
obtendrán múltiples beneficios que, dependiendo de cada caso, aumentarán la
comodidad y reducirán los daños a la salud que puedan causar las acciones
realizadas por el robot si el paciente las hiciera. Además se le podrían agregar más
funciones, para que el beneficio aumente y todo esto casi sin alterar el costo original
el prototipo.
● CONCLUSIONES
Dado a que es solo un prototipo, queda abierto para implementar muchas mejoras,
como un reloj para indicar tiempos de toma de medicamentos, un sensor de luz para
que la selección de los objetos sea más específica, un sensor ultrasónico para que
evitar que choque contra paredes y su manejo sea más fácil, o aumentar el alcance
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de la pinza con un brazo robótico y agregar más comandos de voz a los que
actualmente ejecuta.
Lo que nosotros queremos alcanzar con la construcción de este robot, más
que otra cosa, es una ayuda social pues como antes se ha mencionado uno de los
problemas que más se sufren en nuestro país se encuentra dentro de la población
de adultos mayores y con discapacidad, y dentro de estas los problemas con
dificultad motriz. Ante esta incógnita nosotros proponemos nuestra respuesta que
constituye el prototipo para dar un seguimiento al tratamiento que estas personas
requieran.
● BIBLIOGRAFÍA
❏ Consejo Nacional de la Población CONAPO, “La discapacidad en México 2014, 2016” [Archivo PDF]. México. Recuperado de: http://conadis.gob.mx/gob.mx/transparencia/transparencia_focalizada/La_Discapacidad_en_Mexico_datos_2014.pdf
❏ Instituto Nacional de Estadística y Geografía INEGI, “Estadísticas a Propósito del… Día Internacional de las Personas de Edad” [Archivo PDF]. México. Recuperado de: http://www.inegi.org.mx/saladeprensa/aproposito/2017/edad2017_Nal.pdf
❏ Robótica.(2017). En Diccionario de la Lengua Española Real Academia Española. Recuperado de: http://dle.rae.es/?id=WYRlhzm
❏ Ramas de la Robótica. Recuperado de: http://enciclopediadelarobotica.blogspot.mx/p/blog-page_4.html
❏ Rivera Dueñas Juan Carlo (2007). “Control de Posición/fuerza para manipuladores rigidos basado en cuaterniones unitarios” (tesis de maestría). Universidad Nacional Autónoma de México, Distrito Federal, México.
❏ Irene Cuevas. (2014). Antecedentes de un Brazo Robótico. Recuperado de: https://es.slideshare.net/irenecuevas2/antecedentes-34974163
❏ MIT App Inventor. Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/App_Inventor ❏ SolidWorks. Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/SolidWorks ❏ Diana Bohorquez, Jenifer Durley Aguledo, Aleida María Urrea. (2011).
“Protoboard”. Recuperado de: https://es.slideshare.net/fapilla/el-protoboard-9542384
❏ Everardo Medina. (2012). “Punete H”. Recuperado de: http://blutintegrado.blogspot.mx/2012/05/puente-h.html
❏ Mario Pérez Esteso. “Arduino Leonardo”. Recuperado de: https://geekytheory.com/arduino-leonardo
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❏ “Servomotor”. Recuperado de : https://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor ❏ “Reductores de Velocidad”. Recuperado de:
https://es.wikipedia.org/wiki/Reductores_de_velocidad ❏ “Módulo Bluetooth”. Recuperado de:
http://www.steren.com.mx/modulo-bluetooth-para-arduino-y-microcontrolador.html
❏ “Bluetooth”. Recuperado de: https://definicion.de/bluetooth/
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