Desarrollo de un prototipo de brazo robótico de 4 GDL teleoperado, utilizando IMUs y ROS, para manipular materiales tóxicos y/o explosivos

Lozano Manrique,  Bralland Edier; Castañeda Escárraga, Gerson Gabriel; Díaz Lugo, Leiver

Publicación:
Desarrollo de un prototipo de brazo robótico de 4 GDL teleoperado, utilizando IMUs y ROS, para manipular materiales tóxicos y/o explosivos

dc.contributor.advisor	Barrera Prieto, Fabián
dc.contributor.author	Lozano Manrique, Bralland Edier
dc.contributor.author	Castañeda Escárraga, Gerson Gabriel
dc.contributor.author	Díaz Lugo, Leiver
dc.contributor.corporatename	Universidad ECCI
dc.contributor.jury	Cote Ballesteros, Jorge Eduardo
dc.contributor.jury	Rodríguez Castellanos, Jhon Edison
dc.date.accessioned	2025-04-22T14:36:07Z
dc.date.available	2025-04-22T14:36:07Z
dc.date.issued	2025-03-27
dc.description.abstract	Este proyecto presenta el desarrollo de un prototipo de brazo robótico teleoperado de 4 grados de libertad (GDL), diseñado para la manipulación segura de materiales tóxicos y/o explosivos. El sistema utiliza sensores inerciales (IMUs) para capturar los movimientos del operador, replicándolos en tiempo real en el manipulador robótico. Además, incorpora un sistema de visión para la supervisión del entorno. La arquitectura del sistema está basada en el Robot Operating System (ROS) y es gestionada por una Raspberry Pi 4 junto con una tarjeta de desarrollo STM32, lo que facilita la integración eficiente de sensores y actuadores. Se desarrollaron algoritmos para garantizar la sincronización de todos los componentes. Además, se emplearon sensores de bajo costo, como el MPU9250 y el sensor INA219 para la medición de corriente. También se diseñó una placa de circuito impreso (PCB) personalizada. Este prototipo no solo ofrece una solución innovadora para la manipulación de materiales peligrosos, sino que también representa una alternativa económica y escalable para su implementación en sectores industriales de alto riesgo, como la desactivación de explosivos y la manipulación de materiales químicos. Los resultados obtenidos demuestran que el sistema tiene el potencial de mejorar la seguridad operativa y optimizar los procesos en industrias que requieren la manipulación remota de materiales peligrosos.	spa
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero en Mecatrónica
dc.description.tableofcontents	Contenido Agradecimientos IV Dedicatoria V Resumen IX Resumen X Lista de Figuras XV Lista de Tablas XIX 1. Introducción 1 1.1. Descripción del problema 1.2. Pregunta del problema 1.3. Formulación del problema 1.4. Objetivos 1.4.1. Objetivo General 1.4.2. Objetivos Específicos 1.5. Justificación del problema 1.6. Delimitación 1.6.1. Tiempo 1.6.2. Espacio 1.6.3. Recursos 2. Marco teórico 2.1. Robótica Colaborativa en Entornos Industriales Inteligentes 2.2. Robot articulado 2.3. Cinemática Directa 2.4. Sistema Operativo de Robots (ROS) 2.5. Raspberry Pi 4 2.6. Protocolo de Comunicación I2C 2.7. Protocolo de Comunicación UART 2.8. Tarjeta STM 32 2.9. Multiplexor TCA9548 2.10. Controlador PCA9685 2.11. Servomotores 2.12. Sensores Inerciales (MPU9250) 2.13. Monitor de corriente INA219 2.14. Fusión de Sensores 2.15. Aplicaciones de la Teleoperación 2.16. Visión para Reconocimiento en el Gripper 3. Estado del Arte 3.1. Investigaciones Previas 3.2. Tecnologías Comparadas 3.2.1. ROS vs. Sistemas Operativos Tradicionales 3.2.2. Microcontroladores vs. Raspberry Pi 4 3.2.3. Teleoperación con y sin Interfaces Hápticas 3.2.4. Cámaras vs. Sensores en Visión Robótica 3.2.5. Algoritmos de Control de Movimiento vs. Planificación de Trayectorias en Robótica 3.2.6. Control en Tiempo Real vs. Control a Distancia en Robótica 3.2.7. Robots de 4 GDL vs. Robots de 6 GDL: Aplicaciones y Limitaciones 4. Metodología de diseño 4.1. Análisis de Requerimientos 4.1.1. Software 4.1.2. Hardware 4.1.3. Cinemática Directa 4.1.4. Sensores 4.1.5. Supervisión en Tiempo Real 4.1.6. Teleoperación y Comunicación 4.2. Diseño de Software y Hardware 4.2.1. Diseño en ROS 4.2.2. Brazo robótico de 4 GDL 4.2.3. Cinemática Directa 4.2.4. Supervisión del Entorno de Trabajo 4.2.5. Diseño de Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) 4.2.6. Selección de Componentes para PCB 4.2.7. Programación de la Tarjeta STM32 4.2.8. Diseño PCB 4.2.9. Diseño y Montaje del Soporte para IMUs 4.2.10. Tablero de control 5. Resultados Contenido xiii 6. Discusión 6.1. Desafíos 6.1.1. Inestabilidad de la Conexión 6.1.2. Fabricación de la PCB 6.1.3. Selección de la Base del Manipulador 6.1.4. Organización de Cables y Marquillado 6.1.5. Elección de la Cámara para Visión Computacional 6.1.6. Selección de la Coraza de Protección 6.1.7. Montaje del Soporte para las IMUs 6.1.8. Interacción entre los Nodos de ROS 6.1.9. Distribución de los Componentes dentro del Tablero 6.2. Detalle de Materiales, Costos y Estimación Presupuestaria 6.3. Conclusiones 6.4. Recomendaciones y Posibles Mejoras Futuras A. Anexo: Plano Eléctrico B. Anexo: Planos 2D y 3D del Tablero de Control Bibliografía	spa
dc.format.extent	101 p.
dc.identifier.uri	https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/4451
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad ECCI
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingenierías
dc.publisher.place	Colombia
dc.publisher.program	Ingeniería Mecatrónica
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dc.rights.license	Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International	en
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.proposal	Sistema Operativo de Robot (ROS), Teleoperación, Cinemática, Raspberry PI 4, Placa de Circuito Impreso (PCB), MPU 9250.	spa
dc.subject.proposal	Robot Operating System (ROS); Teleoperation; kinematics; Raspberry PI 4; Printed Circuit Board (PCB); MPU 9250.	eng
dc.title	Desarrollo de un prototipo de brazo robótico de 4 GDL teleoperado, utilizando IMUs y ROS, para manipular materiales tóxicos y/o explosivos	spa
dc.type	Trabajo de grado - Pregrado
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversion	http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.type.content	Text
dc.type.driver	info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.redcol	http://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dspace.entity.type	Publication