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Diseño para la integración efectiva y

creación de objetos orientados a cumplir

una tarea

Diseño para la integración efectiva y

creación de objetos orientados a cumplir

una tarea específica integrado al robot

automotroncomputarizado

Jose Ricardo Casallas Triana, Eddy Santiago Casallas Triana, Luis

Daniel Rincon.

Resumen:

Se busca resolver problemas por iteraciones desde el planteamiento del diseño enfocando las tareas específicas a realizar, siguiendo unos lineamientos MGA con serie de métodos, que hacen cada parte acoplarse eficazmente con un enfoque fácil de entender.

Palabras clave: integración, tarea específica, MGA

Abstract:

It seeks to solve problems by iterations from the design approach focused on the specific tasks to be performed, following the MGA guidelines with the series of methods, which make each part fit together effectively with an easy-to-understand approach.

Asimov en 1939 empezó a formar un concepto más fuerte sobre los robots que genera el interés de las personas gracias a sus escritos sobre este tema y sus conocidas leyes de la robótica. En un enfoque más tecnológico en los años 50's inicia el desarrollo de robots con el apoyo de la electrónica, donde su evolución ha sido a la par con el mejoramiento de los diversos dispositivos y componentes haciendo más funcional y accesible el uso de esta tecnología impulsando su aprendizaje y desarrollo. Nuestro desarrollo va enfocado a un Robot móvil que tiene la posibilidad de desplazarse recibiendo órdenes a distancia operado por un usuario o captar el estado del ambiente por medio de sensores cumpliendo con una programación que tiene una respuesta predeterminada a la información presupuestada que recibirá del entorno. La construcción de este proyecto es ejecutada de la siguiente forma:

Definición

“"Según el R.I.A (Robot Institute of America): Un robot es un manipulador multifuncional para mover cargas, piezas, herramientas o dispositivos especiales según variadas trayectorias, programadas para realizar diferentes trabajos.”” (avances en robótica y visión por computador, pp.13-3). El robot móvil con especificaciones técnicas para sortear los retos propuestos en el reto indiana es un dispositivo diseñado e implementado especialmente para este concurso, cumpliendo los requerimientos solicitados por cada asignatura integradora. Se realiza por iteraciones siempre orientado a generar valor y a la mejora continua.

Justificación

Los requerimientos específicos del concurso se encuentran en el siguiente link https://www.dropbox.com/s/ jduifwz9y37v2nt/ Reglamento%20Concurso %20Indiana%202020A.pdf? dl= dando alcance al documento emitido por el profesor Said de la rama de ingeniería electrónica de la CUN: Se debe desplazar un robot por una pista predeterminada realizando 8 retos y terminar el recorrido.

Planteamiento del problema

¿Qué se va resolver? Se requiere un robot móvil para sortear los retos del concurso reto indiana 2020ª teniendo presenté los lineamientos de las materias integradoras. En la construcción de robots móviles para los concursos de robótica de la universidad CUN, es afectada por la mala ejecución en las etapas de diseño e implementación, realizada por los estudiantes involucrados. Causando fallas y accidentes sobre la marcha del concurso. ¿Es posible crear un robot acto para competir en el concurso interno indiana 2020ª, estableciendo lineamientos de diseño, ejecución e implementación que garanticen el correcto funcionamiento, rendimiento y cumplimiento en la operación?

Marco teórico

Podemos decir que cuando realizamos cualquier proceso digital para modificar la representación digital de una señal estamos haciendo procesado digital. Como proceso digital puede ser desde el más sencillo realizado por una puerta lógica al más complejo realizado por un circuito especifico de procesador digital de señales (DSP). Cuando hablamos de proceso digital nos estamos refiriendo habitualmente a un programa que funciona en un PC, microcontrolador, DSP o dispositivos de lógica programable. Una posible definición de procesado digital de señales es la siguiente: “El Procesado Digital de Señales se ocupa de la representación, transformación y manipulación de señales discretas desde el punto de vista de la información que contienen”. Una señal es una magnitud física de interés que habitualmente es una función del tiempo. Voltaje en una línea telefónica (voltaje frente a tiempo). Ondas sonoras producidas por un interlocutor. (Presión frente al tiempo) Cotizaciones en bolsa de un producto (valores frente al tiempo). En el contexto del procesado digital de señales muchas de las señales proceden de medidas del mundo real (sonidos, temperatura, luz, etc.). Para poder utilizar estas señales necesitamos un transductor o sensor, que es un dispositivo que nos permite transformar la magnitud física en una magnitud eléctrica variable, en general una tensión. Muchas de las señales de interés son analógicas, en las que en cualquier instante de tiempo pueden tomar cualquier valor de amplitud entre unos niveles determinados. La procesada digital no puede trabajar directamente con estas señales por lo que es necesaria una conversión de las mismas. Los procesos de muestreo y cuantificación realizan esta tarea, obteniendo una secuencia de números que representan, aproximadamente, la señal original. Es necesario decidir 2 parámetros: ¿Con que velocidad tomamos muestras de las señales analógicas? ¿Qué precisión empleamos para representar la amplitud? Existen sistemas digitales que crean la señales internamente en lugar de emplear señales externas es el caso de la síntesis de voz o la

tecnología DSP, con algoritmos propios, matemática propia y técnicas especializadas (Smith, 1980). Los microprocesadores de propósito general no están diseñados para satisfacer la gran cantidad de cálculos numéricos que se requieren en el procesamiento digital de señales; a partir de los 80s, industrias electrónicas (Texas Instruments, Analog Devices y Motorola) desarrollaron los chips DSP. Los Procesadores Digitales de Señales son microprocesadores especializados con arquitecturas diseñadas específicamente para los diferentes tipos de operaciones requeridas en el procesamiento digital de señales. Los DSP’s son capaces de ejecutar millones de operaciones por segundo en punto flotante, en el mercado se encuentra gran variedad de DSP’s, diseñados en su mayoría para que ejecuten las operaciones básicas, por lo tanto, comparten ciertas características (BORES, 2003).

• Aritmética de alta velocidad.
• Transferencia de datos.
• Múltiple acceso a memoria. Para poder implementar un procesador digital se requiere un equipo de alta velocidad, que pueda realizar operaciones de aritmética de punto flotante y por esto se requirió de un análisis de los diferentes productos comerciales disponibles, se encontró que existen grandes diferencias tecnológicas entre los distintos Procesadores de Señales ofrecidos por las empresas manufactureras. La arquitectura de la CPU y la forma de programación de los DSP’s son las características que principalmente diferencian estos Procesadores. El DSP fabricado por Texas Instruments cumple con los requerimientos necesarios para el Procesamiento de Imágenes a alta velocidad, además que son los equipos de mejor tecnología y fabricados especialmente para trabajar con procesamiento de video. TRANSFORMADA DE FOURIER FRACCIONAL (TFf) La Transformada de Fourier fraccional, fue definida en 1980 por Víctor Namias como una herramienta para solucionar ecuaciones diferenciales aplicadas al oscilador Armónico mecánico cuántico, explícitamente: α corresponde al orden de la Transformada de Fourier fraccional, dado por: α = aπ/2 a∈ Z. Con α = π/2, se recupera la Transformada de Fourier estándar, cuando α=0 se reduce al operador identidad. Control Control es un concepto muy común y es ampliamente usado por muchas personas en la vida cotidiana. El término es usado habitualmente para hacer referencia a la interacción entre el hombre y lo que lo rodea, más específicamente a la interacción hombre-máquina, un ejemplo sencillo es el de conducir un automóvil donde es necesario controlar el vehículo para lograr llegar al destino deseado, sistemas como este son llamados de control manual. El control automático involucra solamente a máquinas, un ejemplo común es el control del nivel de agua de un tanque, donde dependiendo del nivel del líquido se abrirá o cerrará la válvula correspondiente a su llenado. Ambos temas son un amplio campo de estudio con aplicación en las más diversas ramas de la ingeniería. Algunas aplicaciones

son: en robótica se controla la velocidad, posición y fuerza con la que manipuladores interactúan con el medio, en la industria química el control es aplicado al flujo de líquidos, presión de gas, nivel de líquidos en depósitos, etc., incluso el cuerpo humano cuenta con mecanismos que trabajan como control automático, por ejemplo el diámetro de la pupila del ojo, la presión sanguínea, el ritmo respiratorio, etc., son procesos biológicos que se los puede ver como equivalentes al control automático realimentado. Los sistema a controlar pueden ser de la más variada naturaleza. En los últimos 50 años una gran cantidad libros y publicaciones sobre control han sido presentados, de estos, los métodos de análisis y diseño son herramientas muy importantes para el ingeniero que realiza control. El control automático surge para liberar al hombre de tareas repetitivas, donde la complejidad del sistema a controlar es elevada o la operación es riesgosa, puede haber una gran cantidad de motivos por la cual se opta por el control automático. El control manual es llevado a cabo por personas que conocen (aunque sea de manera aproximada) el proceso a controlar y saben como debe ser el resultado de su control y como lograrlo, en la industria, estas personas (operarios) cuentan con experiencia y conocimiento suficiente para cumplir con los objetivos de control. Este concepto de experiencia o base deconocimiento es muy importante en sistemas de control difuso. La lógica difusa El concepto de lógica difusa fue concebido a mediados de los años sesentas por Lofti Zadeh, ingeniero eléctrico iraní y profesor de la Universidad de California, en Berkeley, quien en 1965 publica el primer artículo de lógica difusa llamado “Fuzzy Sets”, donde se dan a conocer por primera vez los conceptos de esta técnica. Más tarde, en 1974 Ebrahim Mamdani aplica los conceptos de lógica difusa en el control de procesos y desarrolla el primer control difuso para la regulación de un motor de vapor. En 1985 Takagi y Sugeno aportan a la teoría del control difuso un nuevo método llamado Takagi- Sugeno-Kang (TSK), como alternativa del método Mamdani. La unión de los conceptos de lógica difusa desarrollados por Zadeh y el área de control de procesos encuentra numerosas aplicaciones en la industria, medicina, aeronáutica, electrónica, etc., e incluso en los últimos años, en el mundo de los aparatos electrodomésticos. En lógica difusa se parte del hecho de que conceptos como alto, bajo, ruidoso, dulce, caro, amargo, barato, delgado, etc. son percibidos de manera diferente por cada persona. Por ejemplo, para una persona de Alaska el concepto de caliente puede ser arriba de 10 °C, mientras que para un mexicano caliente es arriba de 30 °C o en un proceso de fundición caliente es arriba de 300°C. Por esta razón los conjuntos CALIENTE, TIBIO y FRÍO son llamados conjuntos difusos. Un conjunto difuso es un conjunto con límites borrosos o “no muy bien” definidos. El concepto de lógica difusa es muy común, está asociado con la manera en que las personas perciben el medio, por ejemplo ideas relacionadas con la altura de una persona, velocidad con la que

Las funciones de membresía representan el grado de pertenencia de un elemento a un subconjunto definido por una etiqueta. Existe una gran variedad de formas para las funciones de membresía, las más comunes son del tipo trapezoidal, triangular, singleton, S. Operaciones borrosas A los subconjuntos se les puede aplicar determinados operadores o bien se puede realizar operaciones entre ellos. Al aplicar un operador sobre un solo conjunto se obtendrá otro conjunto, lo mismo sucede cuando se realiza una operación entre conjuntos. Las operaciones lógicas se utilizan en controladores y modelos difusos, son necesarias en la evaluación del antecedente de reglas (y otras etapas) que más adelante veremos. Se definen a continuación 3 operaciones básicas a realizar sobre conjuntos, estas operaciones son complemento, unión e intersección. Sean las etiquetas A y B las que identifican a dos conjuntos borrosos asociados a una variable lingüística x, las operaciones se definen como: Complemento (x) 1 (x) μ A = − μ A Unión. Operador lógico OR de Zadeh (max) (x) max[ (x), (x)] μ A∪B = μ A μ B Intersección. Operador lógico AND de Zadeh (min) (x) min[ (x), (x)] Hay muchas definiciones para las operaciones lógicas, algunas otras definiciones que normalmente también se utilizan son: Operador lógico AND del producto (x) (x) (x) μ A∩B = μ A × μ B Operador lógico OR de Lukasiewicz (x) max[ (x) (x),1] Fuzzificación El control difuso siempre involucra este proceso de Fuzzificación, esta operación se realiza en todo instante de tiempo, es la puerta de entrada al sistema de inferencia difusa. Es un procedimiento matemático en el que se convierte un elemento del universo de discurso (variable medida del proceso) en un valor en cada función de membresía a las cuales pertenece. Esta asignación no es de velocidad más de eficiencia y fuerza, orientados a desarrollo efectivo de cada etapa.

Conclusiones tentativas

La importancia de las señales de control en el entorno hace que desde la interfaz del usuario asociado al sistema de control especifico tenga variaciones en temas de tiempos de respuesta por factores como (presión, velocidad, temperatura, sonido etc. La modulación por acho del pulso llamado pwm en la programación del sistema de control del robot hace un aprovechamiento de la eficiencia energética y anula fricciones mecánicas involucradas en la alteración de funcionamiento del sistema. El diseño de los motores dc integrados en el robot en relación con el control proporcional integral y derivativo se logró

implementando laboratorios de estabilidad de voltaje – frecuencia Referencias Sánchez, J. A. S. (2002). Avances en robótica y visión por computador (Vol. 38). Univ de Castilla La Mancha. Argudo Cobos, G. S., & Arpi Saldaña, A. D. (2012). Diseño y construcción de un robot móvil tele operado para la asistencia en operaciones de alto riesgo del Cuerpo de Bomberos (Bachelor's thesis). Harper, G. E. (2002). Fundamentos de electricidad/Fundamentals of Electricity (Vol. 5). DO NOT USE. Martínez, R. (2015). La ciencia ficción de Isaac Asimov. Sportula Ediciones. Ogata, K. (2003). Ingeniería de control moderna. Pearson Educación. [1] Gonzalez, E. A. B. (2012, May). Study of behaviors subsumed with the generation of motor schemas in lego nxt 2.0. In 2012 Workshop on Engineering Applications (pp. 1-6). IEEE. [2] Loce, R. P., Bala, R., & Trivedi, M. (2017). Traffic Sign Detection and Recognition. [3] Hunzinger, R. (2017). SCADA Fundamentals and Applications in the IoT. Internet of Things and Data Analytics Handbook, 283-293. [4] Contreras, S., & De la Rosa, F. (2016, September). Aplicación de deep learning en robótica móvil para exploración y reconocimiento de objetos basados en imágenes. In 2016 IEEE 11th Colombian Computing Conference (CCC) (pp. 1-8). IEEE. [5] Moreno, R. J., & Brito, L. (2014, June). Planeación de trayectorias para un móvil robótico en un ambiente 3D. In 2014 IEEE Biennial Congress of Argentina (ARGENCON) (pp. 125-129). IEEE. [6] Yang, L., Jia, B., & Liu, Q. (2017, October). Adaptive small target detection based on least squares and human visual system. In 2017 IEEE 17th International Conference on Communication Technology (ICCT) (pp. 1565-1568). IEEE.