Desenvolupament virtual i en context d'una arquitectura de sensors per comandar una plataforma d'ajuda a la mobilitat

Abstract

Aquest projecte parteix de la idea d'emprar sensors impresos en 3d per tal de comandar una plataforma d'ajuda a la mobilitat (cadira de rodes). Els sensors han estat dissenyats en altres projectes i impresos en l'espai de fabricació digital de l'ETSEIB (Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona). Principalment, s'han utilitzat dos tipus de sensors, un que d'ara endavant s'anomenarà de tipus cinta i que consta bàsicament d'una cinta plàstica amb un component resistiu a l'interior i un de tipus joystick que conté 4 elements resistius (un per cada direcció). El principi de funcionament dels sensors es basa en la variació de la resistència elèctrica a conseqüència del desplaçament exercit sobre aquests. Per tal de poder extreure un senyal de control a partir d'aquests sensors, doncs, s'ha cercat la millor manera d'obtenir un senyal generat per una resistència variable (la del sensor) i s'ha considerat més útil mesurar el voltatge emprant un divisor de tensió o un pont de Wheatstone pel fet que només ens interessa obtenir un senyal amb el qual controlar la cadira i no mesurar la resistència en si. En aquesta fase, s'ha cregut necessari amplificar el senyal, ja que la variació entre els voltatges mínims i màxims llegits era reduïda i no s'aprofitava el rang de lectura dels convertidors analògic a digital (ADC). A més a causa del soroll s'ha cregut convenient aplicar algun mètode de filtratge del senyal. Un cop es disposava d'un mètode per llegir el senyal amb menys soroll, s'ha observat comportaments anòmals (caigudes de resistència a l'exercir una força de tracció sobre el sensor) i ha calgut fer assajos per poder modelar el comportament del sensor en funció del desplaçament exercit sobre aquest. Un cop s'ha establert el comportament del sensor a traccions, emprant la lectura d'aquest s'ha creat un senyal de control. Per tal de poder provar el funcionament del senyal de control generat pel sensor ha calgut simular la cadira, ja que aquesta no ha estat construïda encara (s'ha fet una proposta del disseny complet del circuit electrònic que s'haurà de fer servir un cop es materialitzi la cadira). La simulació s'ha fet partint d'un dibuix CAD de la cadira i fent servir Gazebo (que ve inclòs en la llibreria de ROS) com a simulador. Finalment, s'ha dut a terme l'anàlisi econòmica i ambiental del projecte

Este proyecto parte de la idea de usar sensores imprimidos en 3d con el objetivo de controlar una plataforma de ayuda a la movilidad (silla de ruedas). Los sensores han sido diseñados en otros proyectos e imprimidos en el espacio de fabricación digital de la ETSEIB. Principalmente, se han usado dos tipos de sensores, uno que en adelante se llamará de tipo cinta y que consta básicamente de una cinta plástica con un componente resistivo en su interior y uno de tipo joystick que contiene 4 elementos resistivos (uno para cada dirección). El principio de funcionamiento de los sensores se basa en la variación de resistencia eléctrica como consecuencia del desplazamiento ejercido sobre estos. Para poder extraer una señal de control a partir de estos sensores se ha buscado la mejor manera de obtener dicha señal a partir de una resistencia variable (la del sensor), se ha considerado que lo más útil es leer el voltaje usando un divisor de tensión o un puente de Wheatstone porque solo nos interesa poder generar la señal de control y no leer la resistencia en sí. En esta fase, se ha considerado necesario amplificar la señal debido a la baja variación del nivel de voltaje máximo y mínimo, ya que no se aprovechaba el rango de lectura de los diferentes ADC. A demás, debido al ruido, se ha creído conveniente aplicar algún método de filtrado de la señal. Una vez se disponía de un método para leer la señal con menor ruido, se ha observado comportamientos anómalos (caídas de resistencia al ejercer una fuerza de tracción sobre el sensor) i ha sido necesario realizar diversas pruebas para modelar el comportamiento del sensor en función del desplazamiento de este. Una vez establecido el comportamiento del sensor a tracciones, usando la lectura de este se ha creado una señal de control. Para probar el funcionamiento de esta señal de control, ha sido necesario simular la silla, ya que aún no ha sido construida. La simulación se ha hecho usando un dibujo CAD de la silla y usando Gazebo (que está incluido en la librería de ROS) como simulador. Finalmente, se ha realizado el análisis económico y ambiental del proyecto

This project is based on the idea of using 3D printed sensors with the aim of controlling a mobility aidance platform (wheelchair). The sensors have been designed in other projects and printed in the digital manufacturing space of the ETSEIB. Mainly, two types of sensors have been used, one that will from now on be called tape type and basically consists of a plastic tape with a resistive component inside, and a joystick type that contains 4 resistive elements (one for each direction). The principle of operation of the sensors is based on the variation of electrical resistance because of the displacement applied on them. To extract a control signal from these sensors, there has been some research on the different methods used to read variable resistances. It has been considered that the most useful thing is to read the voltage using a voltage divider or a Wheatstone bridge because we are only interested in being able to generate the control signal and not to read the resistance itself. In this phase, it has been considered necessary to amplify the signal due to the low variation of the voltage level as the reading range of the different ADCs was not fully used. In addition, due to noise, it has been considered convenient to apply some methods to filter the signal. Once achieved a reading with low noise, anomalous behaviours (drops in resistance when exerting a traction force on the sensor) have been observed and it has been considered necessary to perform various tests to model the behaviour of the sensor depending on the displacement applied. Once the behaviour has been established, using the reading of the sensors, a control signal has been created. To test the operation of this control signal, it has been necessary to simulate the chair, since it has not yet been built. The simulation has been done using a CAD sketch of the chair and using Gazebo (which is included in the ROS library) as a simulator. Finally, the economic and environmental analysis of the project has been carried out