Seguridad vertical para una silla de ruedas motorizada

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(1)IM-2005-II-02. SEGURIDAD VERTICAL PARA UNA SILLA DE RUEDAS MOTORIZADA. FERNANDO AMAYA PEÑUELA. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ 2005.

(2) IM-2005-II-02. 2. SEGURIDAD VERTICAL PARA UNA SILLA DE RUEDAS MOTORIZADA. FERNANDO AMAYA PEÑUELA. PROYECTO DE GRADO. ASESOR. CARLOS FRANCISCO RODRÍGUEZ HERRERA. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ 2005.

(3) IM-2005-II-02. 3. DEDICATORIA. A mis padres… por que no hay palabras para decirles y agradecerles todo lo que han hecho por mí. A mi hermano por su gran colaboración y por apoyarme siempre. A Carolina por su amor, comprensión, paciencia y colaboración en los momentos más duros de este trabajo..

(4) IM-2005-II-02. 4. AGRADECIMIENTOS. En especial al profesor Carlos Francisco Rodríguez por su apoyo en este trabajo. A los demás profesores de la Universidad de los Andes por haber compartido sus conocimientos conmigo..

(5) IM-2005-II-02. 5. CONTENIDO. Pág.. MOTIVACIÓN. 6. INTRODUCCIÓN. 7. OBJETIVOS. 9. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 1. REVISIÓN DEL TRABAJO PREVIO. 10. 2. ANÁLISIS DE POSICIONAMIENTO DEL SENSOR. 13. 3. SELECCIÓN DEL SENSOR. 24. 4. ANÁLISIS DE LA NO LINEALIDAD DEL SENSOR Y DEL ERROR. 36. 5. PROGRAMACIÓN DEL SENSOR. 40. 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 44. BIBLIOGRAFÍA. 46.

(6) IM-2005-II-02. 6. MOTIVACIÓN. Los usuarios a los que va dirigida la silla que se optimizara en este proyecto son niños con discapacidades mentales (parálisis cerebral). Es esta la principal motivación para llevar a cabo este proyecto, proporcionar una silla de ruedas motorizada mas segura para los usuarios a través de la instalación de sensores infrarrojos..

(7) IM-2005-II-02. 7. INTRODUCCIÓN. Con este proyecto se busca mejorar la seguridad en el plano vertical de una silla de ruedas motorizada, que se ha venido construyendo en la Universidad de los Andes. Actualmente esta silla cuenta con diferentes tipos de sensores que tienen como objetivo principal evitar la mayor cantidad de situaciones peligrosas. posibles. para. sus. usuarios,. niños. discapacitados,. mas. específicamente niños con parálisis cerebral; quienes no pueden discernir entre una situación de riesgo y una segura.. Lo que se busca entonces con este proyecto es lograr que los usuarios puedan operar esta silla evitando los riegos a caer y a estrellarse, debido a que los usuarios pueden lastimarse severamente si caen desde una gran altura, riesgos que a los que estarían expuestos al usar una silla de ruedas motorizada sin este sistema de seguridad vertical.. La seguridad vertical consiste en poder discriminar los obstáculos ó huecos (ausencia de superficie) y detener la silla si existe uno de estos riesgos ó seguir avanzando si el tipo de obstáculo es superable debido a su tamaño. Un ejemplo de esto es la rampa, un obstáculo que es superable en ambos sentidos si la pendiente de esta no es muy grande, de lo contrario la silla no podrá subir ó se rodara, ocasionando una situación donde el usuario se puede lesionar; igualmente se pueden presentar otro tipo de situaciones que se ilustran a continuación..

(8) IM-2005-II-02. 8. Figura 1: Obstáculos representativos.. Como se mencionó anteriormente, antes de comenzar este proyecto la silla ya contaba con un sistema de seguridad basado en sensores de ultrasonido para lograr evitar situaciones de peligro en el plano horizontal; además de esto se realizó un estudio en el que se evaluaba la posibilidad de lograr la seguridad en el plano vertical, este estudio no se concluyó, pero a partir del análisis que se realizo en este, se obtuvieron unos resultados bastante confiables que sirvieron para el desarrollo de esta investigación; como fue la selección del tipo de sensores infrarrojos a utilizar; esto fue lo realizado en las tesis de Julián Andrés Polindara y Jaime Velásquez respectivamente.. El desarrollo de este proyecto se basó en el estudio geométrico de las posibles situaciones, para así determinar el sensor y su ubicación en la silla, luego de caracterizar el sensor se determinó con certeza su ubicación, teniendo en cuenta la no linealidad del sensor y del error de las mediciones..

(9) IM-2005-II-02. 9. OBJETIVOS. Objetivo general: •. Implementar el sistema de seguridad vertical de una silla de ruedas motorizada para el desplazamiento de niños discapacitados, por medio de la instalación de sensores infrarrojos.. Objetivos específicos: •. Selección del sensor de acuerdo con ubicación, rango y costo.. •. Incluir dentro del sistema actual de control de la silla el sistema de seguridad vertical.. •. Realizar las pruebas necesarias para probar el funcionamiento de este nuevo sistema..

(10) IM-2005-II-02. 10. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. 1. REVISIÓN DEL TRABAJO PREVIO. La silla de ruedas motorizada en la que se basó este proyecto, ha sido un trabajo que se ha realizado y mejorado a través de los años en la Universidad de los Andes, mas específicamente se ha trabajado a lo largo de los proyectos de grado y de alumnos de las diferentes ramas de la ingeniería, estos trabajos se tomaron como base y referencia para el desarrollo de esta tesis.. En una primera fase del desarrollo de este proyecto se revisó el trabajo realizado por Julián Polindara en su tesis “Programación para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas”; donde se llevo a cabo la instalación de los sensores de ultrasonido SFR-08 (Figura 2); esto se realizó con el propósito de dar seguridad en el plano horizontal a la silla de ruedas ya que estos sensores producen un cono de 88.7° cada uno, logrando así detectar los obstáculos que se presentan en el plano horizontal, como son muros, puertas u objetos similares. Otro de los logros alcanzados por Julián Polindara fue adicionar funciones especiales de seguimiento de muros y el paso a través de las puertas..

(11) IM-2005-II-02 1. 11. Figura 2: Sensores de ultrasonido para proveer seguridad horizontal. Posteriormente se revisó el trabajo de Jaime Velásquez, “Desarrollo de un sistema sensorial para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas”, donde se desarrollaron pruebas para la instalación de sensores con el objetivo de lograr la seguridad vertical de la silla (trabajo que no fue concluido); en este se encuentran las pruebas realizadas con sensores infrarrojos hasta seleccionar los Sharp GP2D12 y DP2D120 ya que resultaron ser los más confiables al someterlos a cambios de color, punto que se reevalúa luego en este proyecto al caracterizar los sensores para poder decidir si son tan. confiables como parecen serlo, ya que estas. pruebas se realizaron perpendicularmente contra la superficie y nunca se evaluó la posibilidad de ponerlo en un ángulo diferente a 90°.. En la Figura 3 se puede observar los diferentes colores de papel silueta semibrillante utilizados para la prueba, en la Figura 4 se puede observar la gráfica comparativa de los diferentes resultados y el la Figura 5 se observa la comparación del promedio de estos resultados contra la gráfica que provee el fabricante, donde se evidencia la confiabilidad de las mediciones de estos sensores. IM-2005-II-02. 1. ·Polindara Tobar, Julián Andrés. Programación para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 2003..

(12) IM-2005-II-02. 2. Figuras 3: Papel silueta de diferentes colores utilizado para la prueba.. 2 Figura. 2. 4: Resultados de la prueba con el papel silueta.. Figura 5: Comparación del promedio de los datos de la prueba con la tabla. que provee el fabricante.. 2. 12. Velásquez Moreno, Jaime Andrés. Desarrollo de un sistema sensorial para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 2003..

(13) IM-2005-II-02. 13. 2. ANÁLISIS DE POSICIONAMIENTO DEL SENSOR. Al ver la forma de la silla (Figura 6) y teniendo en cuenta el modo en que operan los sensores infrarrojos (estos funcionan mandando un rayo infrarrojo hacia la superficie, y retorna formando un pequeño cono y de esta manera se mide una diferencia de voltaje que representa una distancia) se decidió instalar dos sensores cada uno a un costado de la silla, para cubrir el área total por donde va a circular la silla. Figura 6: Foto de la silla de ruedas motorizada.. Para analizar las diversas posibilidades de posicionamiento del sensor solo se restringió la máxima distancia que presentan los sensores Sharp de la serie GP que es una distancia de 150cms aproximadamente..

(14) IM-2005-II-02. 14. Los sensores fueron ubicados sobre los paneles laterales y con una altura variable en un eje invisible sobre los ejes de las ruedas delanteras, el ángulo fue medido de forma que en el momento en que el sensor apunte perpendicularmente al piso este represente un ángulo de cero grados.. Figura 7: Explicación de la ubicación de los sensores.. Se realizaron simulaciones donde se ubicó el sensor en todas las alturas y ángulos posibles, lo que determino la posición optima de ubicación del sensor teniendo en cuenta que la decisión de seguir avanzando o detenerse no se puede concluir con un solo dato, ya que este no da la información necesaria sobre el tipo de situación u obstáculo que estamos enfrentando..

(15) IM-2005-II-02. 15. Cálculos. Estos cálculos se realizaron con el fin de encontrar la mejor posición para el sensor y el tipo de sensor a utilizar.. Parametrización. Por el tipo de obstáculos (ascendentes. o descendentes) que puede. encontrar la silla se puede ubicar el sensor con cualquier ángulo (entre 1° y 89° con respecto a la vertical) y altura ya que lo que se debe hacer es analizar hasta que variación en las mediciones es posible tener en un cierto tiempo ó distancia.. Al realizar un análisis de los posibles tipos de obstáculos con que se puede encontrar la silla se llegó a tres tipos, que son los más representativos y son los que pueden ayudar a encontrar los límites de los cuales no se puede salir la silla para evitar los accidentes. Estos tres obstáculos son: escaleras, rampas y huecos todos estos en ambos sentidos ascendente o descendente, en el caso del hueco se considera un obstáculo sobre el cual la silla puede avanzar.. Para esto se realizaron las gráficas de las posibles situaciones, calculando la velocidad de 1m/seg. que es un poco mas de la velocidad promedio de la silla y con la lectura de las mediciones que hace el sensor que son cada 32 mseg. , para así obtener las medidas de las distancias que va a medir el sensor, para estas graficas se tomó un ángulo de 45 grados y una altura de 36.5cm y se ubico el sensor sobre el eje de la llanta delantera. En la figura 8 se muestran las graficas realizadas para este propósito y las figuras 9,10,.

(16) IM-2005-II-02. 16. 11,12, 13 y 14 muestran los datos recopilados de estas graficas y la comparación de estos se muestra en las figuras 15 y 16.. Figura 8: Graficas para medir las distancias teóricas que deben medir los sensores en las diferentes situaciones..

(17) IM-2005-II-02. 17. Figura 9: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar una escalera en sentido ascendente. Escalera Subiendo 60 50 40. Medicion 30 (cm) 20 10 36. 33. 30. 27. 24. 21. 18. 15. 12. 9. 6. 3. 0. 0. X (cm). Figura 10: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar una escalera en sentido descendente. Escalera Bajando 160 140 120 100 Medicion 80 (cm) 60 40 20 39. 36. 33. 30. 27. 24. 21. 18. 15. 12. 9. 6. 3. 0. 0. X (cm).

(18) IM-2005-II-02. 18. Figura 11: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar una rampa en sentido ascendente. Rampa de 10 grados Subiendo 70 60 50 Mediciones 40 (cm) 30 20 10 336. 312. 288. 264. 240. 216. 192. 168. 144. 120. 96. 72. 48. 24. 0. 0 X (cm). Figura 12: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar una rampa en sentido descendente.. Rampa de 10 grados Bajando 70 60 50 Mediciones 40 (cm) 30 20 10 312. 288. 264. 240. 216. 192. 168. 144. 120. 96. 72. 48. 24. 0. 0. X (cm).

(19) IM-2005-II-02. 19. Figura 13: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar un obstáculo. Obstaculo 70 60 50 Mediciones 40 (cm ) 30. 20 10 220. 200. 180. 160. 140. 120. 100. 80. 60. 40. 0. 20. 0 X (cm ). Figura 14: Datos de la medición que debe registrar el sensor al encontrar un hueco. Hueco 70 60 50 Mediciones 40 (cm ) 30 20 10. 225. 210. 195. 180. 165. 150. 135. 120. 105. 90. 75. 60. 45. 30. 15. 0. 0. X (cm ).

(20) IM-2005-II-02. 20. Estas graficas muestran todos los datos que debe registrar el sensor al pasar por estos obstáculos, esto es con el fin de encontrar los máximos y los mínimos de las mediciones. •. Ascendentes. Al analizar gráficamente el tipo de mediciones posibles se observa una variedad de pendientes en las diferentes circunstancias, pero estas pendientes no indican si es posible seguir avanzando, que es el objetivo de este análisis. Lo que se logro fue ver es que después de cierta variación en los datos la silla no podrá pasar.. Figura 15: Comparación de los datos de las situaciones ascendentes.. Mediciones (cm) 70. Comparacion de las graficas Subiendo. 60 50 Escalera. 40. Rampa. 30. Obstaculo. 20 10. 57. 54. 51. 48. 45. 42. 39. 36. 33. 30. 27. 24. 21. 0. X (cm).

(21) IM-2005-II-02 •. 21. Descendentes. En el tipo de obstáculos descendentes que puede encontrar la silla, a diferencia de los obstáculos ascendentes, se encontró que estos aumentan la pendiente a medida que la depresión también aumenta, por lo tanto se puede decir que a mayor pendiente menor posibilidad de avanzar, lo que significa que luego de ubicado el sensor se debe buscar la pendiente que dirá si la silla es capaz o no de continuar.. Figura 16: Comparación de los datos de las situaciones descendentes. Comparacion de las graficas Bajando Mediciones (cm). 160 140 120 Escalera Rampa Hueco. 100 80 60 40 20 63. 57. 51. 45. 39. 33. 27. 21. 15. 9. 0. X (cm). Después de realizar estas pruebas se decidió hacer un cuadro comparativo variando la altura y el ángulo del sensor, pero manteniendo su ubicación sobre el eje de la llanta delantera. Esto con el fin de poder encontrar la mejor posición para luego seleccionar el sensor a utilizar..

(22) IM-2005-II-02. 22. En la Tabla 1 se observa la altura, el ángulo y las distancias nominal, máxima y mínima. •. La altura es con respecto al piso.. •. El ángulo se esta midiendo con respecto a la vertical.. •. La distancia nominal es la distancia que mide el sensor hasta el piso.. •. La distancia máxima se tomó cuando la silla se aproxima a una escalera bajando y el escalón es de 30 cm.. •. La distancia mínima se tomó cuando la silla se aproxima a una escalera subiendo, también con un escalón de 30 cm.. Tabla 1.

(23) IM-2005-II-02. 23. Al realizar este cuadro también se hicieron todas las graficas de las mediciones de: 1. Escalera subiendo 2. Escalera bajando 3. Rampa subiendo 4. Rampa bajando. Todo esto con el fin de ver sobre que medida podría trabajar el sensor..

(24) IM-2005-II-02. 24. 3. SELECCIÓN DEL SENSOR. Para la selección del sensor se tuvo en cuenta el estudio de Jaime Velásquez en el que se llego a la conclusión que los mejores sensores para cumplir los objetivos de este proyecto son los sensores Sharp de la serie GP, ya que estos son bastante precisos y confiables; a continuación se muestran los diferentes sensores de esta serie y sus rangos de operación, se observa también que existen sensores tanto digitales como análogos, uno de los criterios de selección a tener en cuenta debido a la compatibilidad con el sistema instalado en la silla. 3. 3. Figura 17: Cuadro comparativo de los sensores Sharp.. www.acroname.com.

(25) IM-2005-II-02. 25. Luego de confrontar y analizar la información del Cuadro 1 junto con la del Cuadro 2 se decide que la mejor ubicación para el sensor es a 40cm de altura y 60° con respecto a la vertical y que el sensor que mas adecuado para esta ubicación es el GP2Y0A02YK de Sharp, ya que con esto se puede tener una buena colección de datos antes de tomar la decisión de continuar o detener la silla. Se escoge este sensor que es análogo para que sea compatible con el sistema que ya esta instalado en la silla de ruedas. 4. Figura 18: Foto de la silla con las distancias representativas y con la. ubicación del sensor.. 4. Velásquez Moreno, Jaime Andrés. Desarrollo de un sistema sensorial para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 2003..

(26) IM-2005-II-02. 26. Simulaciones. Al haber seleccionado una ubicación y un sensor se realizan de nuevo las graficas de las situaciones más representativas, todo esto con el fin de tener la seguridad de que las mediciones van a estar dentro del rango del sensor, para así conseguir los limites de los cuales no se deben salir las mediciones para que cuando se realice la programación del sensor este correcta.. Se le da un margen de error del 3% a cada medición, con el fin de encontrar un rango óptimo de trabajo.. Figura 19: Datos obtenidos de la simulación subiendo. SIM ULACION SUBIENDO M ED I C I O N ( cm). 90 80 70 60. Escalera Rampa. 50 40 30 20 10 0 X ( cm).

(27) IM-2005-II-02. 27. Figura 20: Datos obtenidos de la simulación bajando. SIM ULACION BAJANDO M ED I C I O N ( c m). 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. Escalera Rampa. 0,0 3,0 6,0 9,0 12, 15, 18, 21, 24, 27,. X ( c m). Como se puede ver las mediciones están dentro del rango de medición del sensor por lo cual se proseguirá con la caracterización del sensor.. Caracterización del sensor. Para caracterizar el sensor se realizaron pruebas donde se compararon con los datos obtenidos con los del fabricante, luego de esto se procederá a realizar pruebas en las superficies más comunes por las que puede llegar a circular la silla (en condiciones de luz de día y de noche), estas pruebas se realizaron a los 60° ya seleccionados y son realizadas conectando el sensor a un multímetro..

(28) IM-2005-II-02. 28. Comparación de la tabla del fabricante contra los datos obtenidos experimentalmente.. Figura 21: Gráfica de los datos obtenidos. Caracterizacion sensor Voltaje (V) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50. Distancia (cm ). 5. Figura 22: Tabla del fabricante.. 5. www.acroname.com/robotics/parts/gp2y0a02_e.pdf. 200. 185. 170. 155. 140. 125. 110. 95. 80. 65. 50. 35. 20. 0,00.

(29) IM-2005-II-02. 29. Figura 23: Comprobación de la confiabilidad del sensor (sobreposición de los datos obtenidos contra la tabla del fabricante). Comprobacion Voltaje (V) 3,00 2,50 2,00 Prueba. 1,50. Fabricante. 1,00 0,50. 200. 180. 160. 140. 120. 100. 80. 60. 40. 20. 0,00 Distancia (cm). Figura 24: Mediciones sobre las diferentes superficies de día.. Mediciones de Dia. V 1,8. 90°. 1,6. Baldosa. 1,4. Tapete claro. 1,2. Madera. 1 0,8. Ladrillo. 0,6. Concreto. 0,4. Tapete oscuro. 0,2. Pavimento 200. 180. 160. 140. 120. 100. 80. 60. 40. 0 cm.

(30) IM-2005-II-02. 30. Figura 25: Mediciones sobre las diferentes superficies de noche.. Mediciones de Noche. V 1,8. 90°. 1,6. Baldosa. 1,4. Tapete claro. 1,2 1. Madera. 0,8. Ladrillo. 0,6. Concreto. 0,4. Tapete oscuro. 0,2. Pavimento 200. 180. 160. 140. 120. 100. 80. 60. 40. 0 cm. También se decide realizar una prueba donde el sensor va a estar en movimiento sobre una superficie plana a 60° de inclinación. Esta prueba tiene una duración de un minuto donde se tomaron los datos cada segundo..

(31) IM-2005-II-02. 31. Figura 26: Datos obtenidos durante la prueba del sensor en movimiento. Prueba del sensor en moviento V 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30. 60. 57. 54. 51. 48. 45. 42. 39. 36. 33. 30. 27. 24. 21. 18. 15. 12. 9. 6. 3. 0. 1,25 seg. De estas pruebas se puede concluir que las mediciones no comienzan a ser tan exactas al tener el sensor en esa inclinación ó que el tipo de superficie influye en la reflectividad del rayo infrarrojo, por este motivo se decide realizar pruebas con un osciloscopio ya que este es mas preciso que el multímetro.. La prueba del sensor en movimiento da la impresión de no tener ningún problema ya que es un solo dato el que se sale del promedio, por esta razón también se volvió a realizar conectándolo al osciloscopio..

(32) IM-2005-II-02. 32. Figura 27: Prueba con el osciloscopio.. Prueba con el Osciloscopio Fluke a 60° V Medicion perpendicular. 0.90 0.80. Baldosa. 0.70 0.60. Superficie negra. 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10. Figura 28: Medición a 80cm sobre baldosa.. 140. 130. 120. 110. 100. 90. 80. 0.00 cm.

(33) IM-2005-II-02. 33. Figura 29: Medición a 140cm sobre baldosa.. Figura 30: Prueba en movimiento del sensor a 60° sobre baldosa.. Al ver estos resultados donde las mediciones varían dependiendo de la superficie, además del error en la toma de los datos por la fluctuación de la señal a medida que aumenta la distancia, como se ve en las figuras 28 y 29 se procede a realizar pruebas con el sensor a 45° para ver la incidencia del ángulo sobre las mediciones..

(34) IM-2005-II-02. 34. Figura 31: Prueba de diversas superficies con una incidencia de 45°.. Prueba a 45° V. Medicion perpendicula r Baldosa. 1,40 1,20 1,00. Superficie negra. 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00. Figura 32: Medición a 55 cm y 45° sobre baldosa. 141,42. 127,28. 113,14. 98,99. 84,85. 70,71. 56,57. cm.

(35) IM-2005-II-02. 35. Figura 33: Medición a 155 cm y 45° sobre baldosa. Figura 34: Prueba en movimiento del sensor a 45° sobre baldosa. Con esta configuración podemos ver que el error disminuye y las mediciones son más estables, esto se puede ver en la forma en que fluctúa la señal, ya que comparando la Figura 29 con la Figura 33 que solo tienen 15 centímetros de diferencia en la medición y 15° en el ángulo de incidencia, la fluctuación y bastante menor con lo que se obtienen datos mas confiables..

(36) IM-2005-II-02. 36. Ajuste de la posición del sensor. Al haber comparado los resultados obtenidos de las diferentes posiciones del sensor, se ve claramente que el ángulo sobre el cual se trabaja incide en las mediciones de una manera sustancial y es por eso que de aquí en adelante se va a trabajar con el sensor a 45° y 40cm de altura; esto con el fin de obtener datos más confiables sobre las diferentes superficies.. Ahora se debe tener en cuenta si en esta posición se alcanza a obtener datos suficientes para lograr detener la silla antes de llegar a una de las situaciones de riesgo, además de resolver los problemas de la incertidumbre, ya que esta no es lineal al igual que las mediciones del sensor, lo cual hace la parametrización para la programación del sensor más compleja.. 4. ANÁLISIS DE LA NO LINEALIDAD DEL SENSOR Y DEL ERROR. Como se pudo apreciar en la Figura 19 donde se ve claramente la no linealidad del sensor, se encuentra un problema asociado a la confiabilidad de los datos, teniendo en cuenta que el error que se produce en las mediciones tampoco es lineal, debido a la inclinación del sensor y al tipo de superficie.. Se busca lograr establecer los rangos para la toma de decisiones al momento de operar la silla, para esto se requieren las tablas con los rangos máximo y mínimo de cada medición y en las diferentes situaciones..

(37) IM-2005-II-02. 37. Figura 35: Incertidumbre de los datos.. Incertidumbre cm 210,00 200,00 190,00 180,00 170,00 160,00 150,00 140,00 130,00 120,00 110,00 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00. Medicion Minimos. 1,4. 1,45. 1,3. 1,35. 1,2. 1,25. 1,1. 1,15. 1. 1,05. 0,9. 0,95. 0,8. 0,85. 0,7. 0,75. 0,6. 0,65. 0,5. 0,55. 0,45. 0,4. 0,35. Maximos. V. Como se aprecia en la Figura 35 al medir una distancia corta la fiabilidad de los datos obtenidos es mayor a cuando se realiza una medición larga, por esta razón la distancia que va a medir el sensor hasta el piso debe estar en un rango donde los siguientes datos también posean una gran fiabilidad.. Análisis de datos para la programación del sensor. Como se pudo apreciar anteriormente cada situación como las rampas, escaleras, etc. tiene una gráfica asociada. a la toma de datos, a estas. gráficas tenemos que incorporarles la incertidumbre mostrada en la Figura 35, para tal efecto se representarán las gráficas de cada situación incluida la incertidumbre..

(38) IM-2005-II-02. 38. Figura 36: Situaciones subiendo Subiendo Voltaje 1,800 1,600 Obstaculo. 1,400. Obstaculo max. 1,200. Obstaculo min Escalera. 1,000. Escalera max 0,800. Escalera min Rampa. 0,600. Rampa max 0,400. Rampa min. 0,200 0,000 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Cantidad de mediciones. Figura 37: Situaciones bajando Bajando Voltaje 1,400. 1,200. Hueco Hueco max. 1,000. Hueco min Escalera. 0,800. Escalera max Escalera min. 0,600. Rampa Rampa max. 0,400. Rampa min 0,200. 0,000 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Cantidad de m e dicione s. 10. 11. 12.

(39) IM-2005-II-02. 39. Al sobreponer estas dos gráficas se encuentra que la situación que va a determinar los limites de los cuales no se pueden salir las mediciones es la escalera, y los datos para la toma de la decisión están entre los primeros once datos, entonces para determinar esta situación con mas claridad se van a unir las dos gráficas pero solo con los primeros once datos.. Figura 38: Primeros once datos de las mediciones en las diferentes situaciones.

(40) IM-2005-II-02. 40. De la Figura 38 podemos concluir que se puede programar el sensor de tal manera que no se salga de un máximo y un mínimo de voltaje asegurando que estamos evitando las situaciones de riesgo, estos voltajes son: •. Para no tener problemas con los obstáculos ascendentes se decide poner como limite de voltaje máximo 1.35 V.. •. En las situaciones de los obstáculos descendentes se pone como limite mínimo de voltaje 0.85 V.. Con estos datos de voltajes mínimo y máximo se procede a programar el sensor para que cuando la silla este en movimiento el voltaje medido por el sensor no se salga de este rango, y de ser así la silla debe detenerse para no exponerse a una situación de riesgo.. 5. PROGRAMACIÓN DEL SENSOR. Para la programación del sensor se utilizó una tarjeta controladora que convirtió la señal de análoga a digital debido a que la tarjeta Galil instalada en la silla no tiene entradas análogas, diferente a lo que se pensaba en un principio.. La tarjeta que convierte la señal de análoga a digital se programó para que dentro del rango estipulado anteriormente (0.85 V – 1.35 V) envíe como señal digital un 1 (esto si los últimos cinco datos estaban dentro de cualquiera de los dos rangos) y al salirse de estos rangos un 0. De esta forma el objetivo de la programación de la tarjeta Galil fue programar la silla que mientras la señal fuera un 1 en ambos sensores siguiera avanzando y que al cambiar cualquiera de las dos a 0 se detuviera. Montaje.

(41) IM-2005-II-02. 41. En las siguientes figuras se muestra el montaje del sensor sobre la silla de ruedas motorizada, en la posición previamente seleccionada.. Figura 39: Foto del sensor Sharp.. Figura 40: Sensor dentro de una caja para facilitar su montaje sobre la silla..

(42) IM-2005-II-02. 42. Figura 41: Sensor conectado a la tarjeta controladora listo para ser integrado a la tarjeta Galil de la silla de ruedas motorizada.. Figura 42: Sensores y tarjeta controladora integrados a la silla de ruedas motorizada..

(43) IM-2005-II-02. 43. Pruebas de comprobación. Para comprobar el funcionamiento de la tarjeta de control que convierte la señal de análoga a digital se conecto la salida de esta a un led, donde se comprobó que al estar la señal dentro del rango donde la silla debe avanzar el led se prendía y al salirse de este rango el led se apagaba.. Con esta comprobación se logró ver que es posible cambiar la señal de acuerdo con los parámetros requeridos para lograr la seguridad vertical en la silla antes de que esta entrara a la tarjeta Galil, lo cual quiere decir que solo falta conectar este sistema al ya instalado previamente en la silla, para que cuando esta lea la señal identifique el 1 como avanzar y un cambio a 0 como detenerse.. Para comprobar que todo el sistema integrado funcionara se programó la tarjeta Galil de la forma ya especificada, logrando que esta leyera la entrada de las señales, pero no se logró que el programa se integrara, lo que quiere decir que la señal sí cambiaba de acuerdo a las diferentes condiciones respondiendo de la manera adecuada, lo que no se pudo lograr fue que la silla avanzara y se detuviera de acuerdo a las condiciones; no se encontró un motivo para que la tarjeta no respondiera a la programación y si pudiera leer el cambio en la señal.. Se cree que esto se debe a un error de funcionamiento de la tarjeta Galil ya que esta se programó de diferentes maneras para ver si respondía a la programación dada, pero no se logró obtener una respuesta.. Aunque no se logro hacer funcionar el sistema completo y al no tener una prueba concreta de que si funciona realmente, se cumplieron todos los.

(44) IM-2005-II-02. 44. objetivos de este proyecto, ya que el sistema si funciona basándose en toda la teoría que sustenta este trabajo además de las pruebas de funcionamiento de la tarjeta que demuestra que si se pudo lograr un sistema de seguridad vertical para una silla de ruedas motorizada, que era el objetivo principal de este trabajo.. 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Al haber integrado este nuevo sistema de seguridad vertical a la silla de ruedas motorizada se logro optimizar el sistema de seguridad previamente instalado, por lo cual se puede concluir que teniendo una incertidumbre no lineal de las mediciones y al ser estas también no lineales con respecto a la conversión voltaje – distancia, se puede manejar esta de tal forma que se puede crear el sistema de seguridad basándose en los cinco últimos datos, todo esto se debe a la optima selección de la ubicación y posición de los sensores dentro de la silla.. El estudio del funcionamiento de este tipo de sensores infrarrojos y el análisis del funcionamiento de estos con respecto al ángulo de incidencia en la superficie hizo que la programación de estos para detectar las zonas de riesgo fuera simple, lo cual hace que este sistema confiable sea fácil de implementar y de bajo costo.. No es necesario implementar funciones especiales para no incidir en situaciones de riesgo debido a que el estudio geométrico de la silla hizo saber por donde era posible pasar y por donde no, y se trabajó con esto para programar la silla de tal manera de no incurrir en situaciones riesgosas..

(45) IM-2005-II-02. 45. Gracias a este sistema de seguridad vertical los usuarios de esta silla de ruedas motorizada no tienen la necesidad de interactuar con comandos referentes a este sistema ya que esto fue evitado durante el desarrollo de este proyecto debido a las limitaciones de los usuarios quienes no pueden distinguir si están en una situación de riesgo o en una segura; por esa razón ellos van a estar mas seguros durante todo el tiempo que estén manejando la silla.. Como trabajo futuro se recomienda revisar el funcionamiento de la tarjeta Galil ya que al parecer esta no esta funcionando correctamente para con esto lograr integrar todo el sistema para su uso..

(46) IM-2005-II-02. 46. BIBLIOGRAFÍA •. Carrillo Infante, Juan Francisco. Diseño y construcción de un sistema de seguridad para una silla de ruedas motorizada. 1999.. •. Finkelstein Ledersnaider, Ronald. Sistema de seguridad para una silla de ruedas eléctrica. 2001.. •. Herrera Luna, Mauricio. Prototipo de un mecanismo para mejorar el funcionamiento de una silla de ruedas. 1996.. •. Pardo Ayala, Diego Esteban. Diseño del sistema de control de una silla de ruedas motorizada de alta maniobralidad e inteligencia en la navegación. 2002.. •. Perafán Villota, Juan Carlos. Asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 1998.. •. Polindara Tobar, Julián Andrés. Programación para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 2003.. •. Velásquez Moreno, Jaime Andrés. Desarrollo de un sistema sensorial para la asistencia a la conducción de una silla de ruedas. 2003.. •. Información sobre los sensores Sharp, en Acroname easier robotics, http://www.acroname.com/robotics/parts/c_Sensors.html. •. Catalogo. del. sensor. Sharp. GP2Y0A02YK,. en. http://www.acroname.com/robotics/parts/gp2y0a02_e.pdf •. Acroname. Quick. Comparison. Chart. for. Sharp. IR. Rangers,. en. http://www.acroname.com/robotics/parts/sharp_guide.pdf •. Manual de usuario y referencia de comandos de Tarjeta de control Galil DMC –1800, en http://www.galilmc.com/literature/manuals.html.

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