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

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