Este documento presenta un resumen de los antecedentes de la teleoperación y la tecnología háptica. La teleoperación ha existido desde la antigüedad cuando el hombre utilizaba herramientas para ampliar su capacidad de manipulación. En 1947 comenzaron las primeras investigaciones sobre sistemas maestro-esclavo para operar a distancia. Posteriormente se desarrolló lo que hoy se conoce como teleoperación maestro-esclavo, donde un manipulador esclavo reproduce fielmente los movimientos de un manipulador maestro

1. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
INSTITUTO POOLITÉCN NICO N ONAL
NACIO
Escue
ela Sup
perior de Ing
genieríía Mec
cánica y
Eléctri
ica
U
Unidad
d Profe
esiona apotzalco
al Azca
Telec ntrol
con l
Hápt de
H tico
Brazo
Robo
R ot
Generalid
dades
Alva
arado Juárrez Diego Armando o
Butrrón Castañ
ñeda Mar rco Antonio
Díaz
z Loyo Die
ego
Gonnzález Gar
rcía Luis Cé ésar
Asessores:
Ing. Israel Váz
zquez Cian
nca
M. e
en C. Sergio Viveross Bertón
8 de m
marzo de 2
2010

2. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Contenido
Índice
e de figuras .
........................................ .................................................... 3
........................................
1. Antecedente
A es .................................... .................................................... 4
........................................
1.1
1. Teleope
eración ............................ .................................................... 4
........................................
1.1.1. His
storia .............................. .................................................... 4
........................................
1.1.2. Mé
étodos de co
ontrol ........... .................................................... 7
........................................
1.1.3. Ap
plicaciones ....................... .................................................... 8
........................................
1.2
2. Háptica
a ...................................... .................................................. 12
........................................
1.2.1. His
storia .............................. .................................................. 14
........................................
1.2.2. Dis
spositivos Há
ápticos ........ .................................................. 15
........................................
1.2.3. Ap
plicaciones ....................... .................................................. 16
........................................
1.3
3. Teleope
eración Hápt
tica .............. .................................................. 18
........................................
1.4
4. Protoco
olos de Comu
unicación ..... .................................................. 19
........................................
1.4.1. Ap
plicaciones ....................... .................................................. 19
........................................
2 Generalidades ................................... .................................................. 21
........................................
2.1
1 Teleope
eración ............................ .................................................. 21
........................................
2.1.1 Ele
ementos y Arquitectura . .................................................. 21
.........................................
2.1.2 Arquitectura d
de control ..... .................................................. 22
........................................
2.1.3 spositivos de
Dis e control y re
ealimentació .................................................. 25
ón .................
2.1.4 Factores Huma .............
anos .................................................. 29
........................................
2.1.5 ontrol ...............................
Co .................................................. 32
........................................
2.1.6 Co
ontrol Bilater .................................................. 35
ral en la Teleoperación .......................
2.2
2 a ......................................
Háptica .................................................. 39
........................................
2.2.1 De
efiniciones ....................... .................................................. 39
........................................
2.2.2 Re
epresentación Háptica .... .................................................. 41
........................................
2.3
3 Comunicación ............................ .................................................. 43
........................................
3 Referencias .
........................................ .................................................. 45
........................................
2

3. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Índice de figuras
Í
Figura 1.1 Primer r Telemanipu ulador Maest tro‐ Esclavo M Mecánico “T Teleoperación: técnicas,
aplica
aciones, entoorno sensorial y teleoper ración intelig gente (Nuño 2005)” ....................................... 5
Figura 1.2 Elemen ntos básicos de un sistem ma de teleop peración “Tel leoperación: técnicas,
aciones, ento
aplica orno sensorial y teleoper ración intelig gente (Nuño 2004)” ....................................... 6
Figura 1.3 Robot NEATER 660 0 Disponible e en
http:///proton.uctting.udg.mx/ /robotica/r16 66/r129/r129.htm [Accesado en febr rero 2010] ............... 8
Figura 1.4 RC1e MMettler Toled do
http:///us.mt.comm/etc/medialib/mt_ext_f files/Product t/Product/4/ /RC1e_MidTe emp_Reacto or_Produc
t‐Product_117993 32146699_fi iles.Par.rc1e_midtemp_j jpg.Image.jpe eg [Accesado o en febrero 2010] .. 9
Figura 1.5 Lunokh hod 1 Depart tment of Lun nar and Plann netary Resea arch
http:///selena.sai.msu.ru/Hom me/moone.htm [Accesad do en enero 2 2010] ........................................ 10
.
Figura 1.6 Sistema Quirúrgico o Da Vinci
http:///www.intui itivesurgical.com/produc cts/davinci_s si_surgicalsys stem/da‐vinci‐si‐surgical‐system‐
featu
ures.aspx [Acccesado en enero 2010] .. ........................................
.................................................. 11
Figura 1.7 Somato oreceptores (Ledesma, 2 2008) http:// /insn.die.upm m.es/docs/ta acto.pdf [Acc cesada en
febreero de 2010] .......................................
........................................
.................................................. 13
Figura 1.8 Ramas de la háptic ..................
ca .................................................. 15
........................................
Figura 1.9 Dual Shhock 3 http:/ //www.sonystyle.com [A Accesado en febrero 2010 ........................... 17
0]
Figura 1.10 Wiimo ote http://w www.wiininte endo.net/200 07/01/24/wii‐mote‐20‐c coming‐this‐s summer/
[Acceesado en febrero 2010] ...................... ........................................
.................................................. 17
Figura 1.11 DMRE EI Sanabria (2007) .......... .................................................. 18
........................................
Figura 1.12 Robonauts utilizando herrami ientas. NASA A http://robo onaut.jsc.nas sa.gov/ [Acce esado en
febreero de 2010] .......................................
........................................
.................................................. 20
Figura 2.1 Elemen ntos básicos de un sistem ma de teleop peración ....... .................................................. 22
Figura 2.2 Niveless de modo de control rem moto. Adaptado de [SHERIDAN‐92] ................................ 23
Figura 2.3 Arquiteectura genér rica de un sis stema de tele eoperación .. .................................................. 24
Figura 2.4 Space M Mouse ............................ ........................................
.................................................. 26
Figura 2.5 Ejempl lo dispositivo o paralelo .... ........................................
.................................................. 26
Figura 2.6 PERFor ...................................
rce ........................................
.................................................. 26
Figura 2.7 The Om mni®, the ent try‐level dev vice in the PH HANTOM line e from SensA Able Technologie ... 26
Figura 2.8 Guante e sensorizado ..................
o ........................................
.................................................. 27
Figura 2.9 El operrador como c controlador del sistema d de teleopera ación ......................................... 30
Figura 2.10 Esque ema general de control u unilateral inte egrado ........
. .................................................. 33
Figura 2.11 Esque ema general de control b bilateral ........................... .................................................. 36
Figura 2.12 Esque ema de contr rol bilateral posición‐pos sición ........... .................................................. 37
Figura 2.13 Esque ema de contr rol bilateral f fuerza‐posición............... .................................................. 38
Figura 2.14 Esque ema de contr rol bilateral s servo fuerza‐posición ..... .................................................. 38
3

4. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
1. A
Antecede
entes
Desd hace tiem
de mpo, con el desarrollo de la tecnol
logía, el hombre ha tra
atado de ent
tender su
propi funciona
io amiento para así, poder reproducirl como bien mencion Lederman (2008),
a lo, na n
“Si n se entien
no nden las cap
pacidades y limitacion de los h
nes humanos, no se pueden diseñar
o n
sistem que les permitan operar efec
mas s ctivamente e ambiente remotos, virtuales o reales”,
en es ,
esto, haciendo re
eferencia a la teleopera
ación y a la tecnología háptica.
1.1.
1 Teleop
peración
Desd tiempos antiguos, el hombre ha utilizad herramientas para poder aum
de do mentar el
alcan de su c
nce capacidad de manipulac
ción. En un principio, no se tratab más que de palos
n ba
utiliz
zados para p
poder tirar el fruto mad
e duro de un á
árbol, actual
lmente exist disposit
ten tivos más
comp
plejos.
1.1.1.His
storia
La te
eleoperación según Nuñ (2004) e el conjun de tecnologías enfoc
n ño es nto cadas a la o
operación
o gob stancia de un dispositiv por un ser humano.
bierno a dis n vo
En 1947 comen
1 nzaron las primeras i
investigacio
ones, lidera
adas por Ra
aymond Go
oertz del
Argo
onne Nation Laborato en Esta
nal ory ados Unidos encamina
s, adas al desa
arrollo de al
lgún tipo
de m
manipulador de fácil ma
anejo a dist
tancia medi
iante el uso por parte d operado de otro
del or
mani
ipulador eq
quivalente. E primer lo
El ogro se obt
tuvo en 194 con el desarrollo de primer
48 el
mani
ipulador teleoperado mecánico, denominad M1, ant
do tecesor de toda la fa
amilia de
sistem maestr
mas ro-esclavo de teleman
nipulación existentes a
actualmente En la fi
e. igura 1.1
pode
emos obser fotografía correspondi
rvar una f iente a Ra
aymond G
Goertz man
nipulando
quím
micos a travé de un cri
és istal de prot
tección, hec en 1948 en el Labo
cha 8 oratorio Nac
cional de
Argo
onne.
4

5. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Fig
gura 1.1 Primer
r Telemanipula
ador Maestro‐ E Esclavo Mecánico “Teleoperaación: técnicas, aplicaciones, e
entorno
sensorial y teleo
s operación inteligente (Nuño 2
2005)”
Conf
forme a lo que dice Bejcsy (1
o 1993) el ac de tele
cto eoperar ext
tiende la capacidad
c
mani
ipuladora d brazo y la mano h
del humana a a
ambientes remotos, fís
sicamente h
hostiles o
pelig
grosos. Así después d años de i
í, de investigacio
ones, se des
semboca en lo que actu
n ualmente
se co
onoce como Teleopera
o ación Maes
stro-Esclavo en donde un manip
o, e pulador den
nominado
escla reprodu fielmen los mov
avo uce nte vimientos d un dispo
de anipulador maestro,
ositivo o ma
contr
rolado a su vez manual
lmente por u operador humano.
un r
Se p
puede decir que es entonces c ción cobra importancia como
cuando la Teleoperac
tecno
ología.
Desd que surg estos si
de gen istemas de Teleoperac
ción hasta nuestros dí podemo darnos
ías os
existido un gran avanc cada vez el área de acción de la teleoper
cuen que ha e
nta ce, z e e ración es
más grande y va adquiriend mayor im
a do mportancia, las aplicaci
iones en la a
actualidad p
pueden ir
desde la diversió y el entre
ón etenimiento hasta el rescate de per
o rsonas en pe
eligro.
Un sistema teleo
operado con de cinc elementos como pod
nsta co demos obser
rvar en la fi
igura 1.2.
Basá
ándonos en N
Nuño (2004 describim estos ele
4) mos ementos a c
continuación
n:
5

6. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
• Teleoper
rador.- Es l persona q realiza el control de la opera
la que ación a distancia, su
acción puede ir desd un contro continuo hasta interv
de ol ntermitentes.
venciones in
• Dispositivo teleope
erado.- Es la máquin que trab
na baja en la zona remo y es
ota
controlad por el op
da perador.
• Interfaz.- Se refiere al conjunto de dispos
e o sitivos que p
permiten la interacción entre el
n
operador y el sistem de teleop
r ma peración.
• Sensores
s.-Es el con
njunto de di
ispositivos q recogen informaci
que n ión, estos se pueden
e
localizar tanto en la zona remot como la l
r a ta local.
Figura
a 1.2 Elementos
s básicos de un
n sistema de telleoperación “TTeleoperación: t
técnicas, aplica
aciones, entorn
no sensorial
y teleopera
ación inteligent
te (Nuño 2004))”
En lo años sesentas y sete
os entas la tele
eoperación alcanzó un nuevo nive con su ut
el tilización
ología para tales aplica
en el espacio. E estudio de esta tecno
l El aciones segú la NASA (1997)
ún A
empe en 196 cuando la Administración Na
ezó 61 acional de Aeronáutic y el Esp
ca pacio de
Estad Unidos de Améri
dos s ica, NASA por sus si
iglas en ing anció un estudio al
glés, le fina
Mass
sachusetts I
Institute of T
Tecnology (MIT) para conocer lo efectos de tiempo de retardo
a os el d
en la manipulac
a ción remota, lo que dir
rigiría para 1968 al prim program de investigación
mer ma
de te
eleoperación patrocinad por la O
n do Oficina de In
nvestigación de Aeron
n náutica y Te
ecnología
de di
icho país.
6

7. elecontrol Háptico de
Te e Brazo Rob
bot
1.1.2.Métodos de co
ontrol
La in
ntervención del opera
n ador puede producirse en mucha formas d
e as diferentes, desde la
teleo
operación di
irecta de los actuadore hasta sol
s es, lamente la e
especificaci de movi
ión imientos,
o tar
reas que se realizan de manera au
e utomática e el entorn remoto d
en no dejando un poco de
ionada idea de Bejcsy, ajustándon más con las ideas de Nuño (2004).
lado la ya menci a nos n
Los m
métodos de control se c
clasifican en dos grand ramas y son:
n des
• Control U
Unilateral.- Este tipo d control es utilizado p aquella actividad en las
- de para as des
que no e indispens
es sable tener realimentación por pa del disp
arte positivo rem
moto. En
estas solo se envían señales del maestro al esclavo.
n l l
• Control Bilateral.- Este, es fu
undamental para la m
l mayoría de las aplicac
ciones en
teleopera
ación, pues con este s tiene una realimenta
se a parte del dispositivo
ación por p
remoto, dándonos así la opo
ortunidad de experime manera más efectiva
entar de m
mediante la manipu
e maestro en un ambiente remoto. Se le llama bilateral
ulación del m a
debido a que este cuenta co comunic
e on cación en dos vías (
(Maestro-Esclavo y
Esclavo-
-Maestro).
Los sistemas d telecomu
de unicaciones entre los dispositivos que utiliz directam
s zan mente el
opera ontrol local del robot s de vital importanci ya que es uno de
ador y el sistema de co son l ia, e
los principales problemas que pod
demos encontrar en muchos d los disp
de positivos
teleo
operados hoy en día.
y
Ha h
habido, una evolución en los si
a n istemas de comunicac ndo de los sistemas
ción, pasan
ánicos a los eléctricos, fibra óptica, radio e Internet, me
mecá s prime prácticamente
edio que sup
las li
imitaciones de distanc sin emb
s cia, bargo nos p
puede limit seriamen en cuan a los
tar nte nto
tiemp de respu
pos uesta entre los disposit
tivos utilizados.
7

8. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
1.1.3.Apl
licaciones
Las líneas de ap
l plicación, d muchos año de investigación, so bastante amplias,
después de m os on
algun ejemplo de las má important se explic a contin
nos os ás tes can nuación:
1.1.3.1. stria nuclea
Indus ar
Esta industria fu la prime en utiliz este tipo de tecnol
fue era zar logía debido a la nece
esidad de
prote erador de los riesgos implícitos en el man
eger al ope nejo de las sustancias nocivas
s
utiliz
zadas en est medio.
te
Los robots NEA
ATER (Nuc
clear Engin
neered Adva
anced TEle Robot) 76 o NEAT
e 60 TER 660,
que p
podemos ob
bservar en la figura 1.3, son un ejemplo de robots que se aplican en esta
e e n
indus pecial para e manejo de sustancias radiactivas.
stria, en esp el s
Figura
a 1.3 Robot NEA
ATER 660 Dispo
onible en http:
://proton.uctin
ng.udg.mx/robo
otica/r166/r12
29/r129.htm [Accesado en
febrero 201
10]
Estos son de sum importan debido a que dism
s ma ncia o minuyen el r
riesgo en el personal qu labora
ue
con este tipo d sustancia así com el tiemp en el qu se realiz las ope
de as, mo po ue zan eraciones
reque
eridas, debi a que el operador, q ya no ti
ido que iene la nece
esidad de est físicame en el
tar ente
lugar no se tien que prepa de una manera esp
r, ne arar pecializada ( que pued ir desde el uso de
(lo de
trajes especiales hasta pasar por varias cámaras de protección
s s r s e n).
8

9. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
1.1.3.2. stria quími
Indus ica
En es industria al igual q en la nu
sta a, que uclear, el uso de sustanc que son nocivas al humano
o cias n l
nos exige el uso de la tele
e eoperación. Sin embar en esta industria t
rgo también es de suma
impo
ortancia la o
obtención d datos de manera pre
de ecisa, que p los erro
por ores que se originan
con e operador es algo difí de conse
el ícil eguir.
El RTCal junto con el RC1 de Mettle Toledo se utilizan para realizar ajustes en procesos
1e er r
quím erable además de que co este se p
micos de ries conside
sgo on pueden obte
ener datos de manera
preci En la fig
isa. gura 1.4 podemos obse
ervar parte d este siste
de ema.
Figura
a 1.4 RC1e Metttler Toledo
http://us.m
mt.com/etc/medialib/mt_ext__files/Product/
/Product/4/RC11e_MidTemp_R Reactor_Produuct‐
Product_
_11799321466
699_files.Par.rc1e_midtemp_j jpg.Image.jpeg [Accesado en f
febrero 2010]
1.1.3.3. stria espaci
Indus ial
Esta industria si
implemente no se podr concebir sin la teleo
e ría r operación. E debido en parte
Esto o
impo
ortante a qu no podem sobrev
ue mos vivir en el e
espacio sin el uso de t
trajes espec
ciales, así
como las grand distanci que no impiden realizar vi
o des ias os iajes consta
antes, y los riesgos
s
inmin
nentes de en
ncontrarnos en ambien inhóspit y compl
s ntes tos letamente desconocidos.
9

10. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Los exploradore lunares L
es Lunokhod 1 y 2 son d robots m
dos móviles env
viados por la unión
sovié
ética en los años setent los cuale fueron tel
ta, es leoperados por 5 perso
onas desde l URSS.
la
En la figura 1.5 podemos ob
a bservar una foto del Lu
a unokhod 1.
Figu
ura 1.5 Lunokho
od 1 Departme
ent of Lunar and
d Plannetary Re
esearch http://
/selena.sai.msu
u.ru/Home/mo
oone.htm
[Ac
ccesado en ene
ero 2010]
1.1.3.4. stria Médic
Indus ca
Exist ciertos ámbitos en los que la habilidad de un e
ten n as des experto son necesarias para la
n s
corre ejecució de una ta
ecta ón area, y no o
obstante pue
eden y debe de ser me
en ejoradas. Ho en día
oy
graci a esta tecnología en la industria medica lo expertos p
ias n os pueden real
lizar proced
dimientos
quirú
úrgicos sin importar l distancia y mejoran de ma
la a ndo anera sustan
ncial su de
esempeño
medi
iante el adec
cuado contr de los di
rol ispositivos m
manejados.
El “D Vinci”, d
Da desarrollado por Intuiti Surgical es un ejem
o ive l, mplo de lo q se ha lo
que ogrado en
el ár médica gracias a esta tecnología, dánd
rea osibilidad d que los mejores
donos la po de
docto puedan realizar in
ores n ntervencione sin la nec
es cesidad de que el pacie
ente realice un viaje
e
10

11. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
hasta la ubicación del mé
a édico o vic
ceversa. En la figura 1.6 podem visualiz a los
n mos zar
dispo
ositivos mae
estro y escla del Da Vinci.
avo
Figu
ura 1.6 Sistema
a Quirúrgico Da
a Vinci http://wwww.intuitivesu
urgical.com/pr
roducts/davinci_si_surgicalsystem/da‐
vinci‐si‐
‐surgical‐system
m‐features.aspx
x [Accesado en
n enero 2010]
1.1.3
3.5. Aplic
caciones did
dácticas
Exist un gran número de laboratori teleoper
ten n e ios rados hoy e día y con
en ntinúan en aumento.
a
Algu
unas de las mejores u
universidade en mater tecnológ
es ria gica cuenta con este tipo de
an e
labor
ratorios par que sus estudiantes puedan realizar práct
ra ticas desde cualquier parte del
p
mund intentan mejorar su experien educati
do, ndo r ncia iva.
Este tipo de lab
boratorios p
proveen al estudiante d mayor ti
e de iempo para interactuar con los
a r
equip Y com se pregun
pos. mo ntan en “Th Universi of West
he ity tern Austral
lia” (2004), ¿cuánto
,
tiemp supervis
po sado con el equipo rea y en el la
al aboratorio r
real puede s sustituid con el
ser do
acces remoto s supervisi
so sin ión?
A co
ontinuación se menci
n ionan algu
unos ejemp
plos de est tipo de laboratorio y las
te os
unive
ersidades en las que se encuentran
n n.
• El MIT (
(Massachus
setts Institut of Techno
te ology) cuen con el iL el cual pretende
nta Lab,
enriquec la educa
cer ación científica e ingen
nieril media
ante la expa
ansión del rango de
11

12. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
experime
entos al que los estudi
e iantes se en
ncuentran ex
xpuestos du
urante el cur de su
rso
educació http://ila
ón. ab.mit.edu/S
ServiceBrok [Accesa en enero 2010]
ker/ ado o
• The Wes
stern Unive
ersity of Au
ustralia desa
arrollo el “T
Telelabs Pro
oject” en un periodo
n
de tres a
años con una inversión de $250 00
a 00.00 AUD, que equiva a poco menos de
, ale m
tres millones de pesos, logra
p ando así re
educir pres manejados en otras
supuestos m
universid
dades, como el MIT, c
o cercanos a l $3 000 0
los 000.00 USD lo que ho en día
D, oy
equivald
dría apr
roximadame
ente a $38 000 000.00 MXN.
http://tel
lerobot.mech.uwa.edu.a html [Accesado en ener 2010]
au/index2.h ro
• La Univ tarina cuen con el RExLab (Remote
versidad Federal de Santa Cat nta
ment Lab), el cual repre
Experim posibilidad de expandir la forma en la que
esenta una p r e
las perso
onas utiliza Internet p
an permitiendo interaccio
o ones con el mundo físico. Este
laborator les da a los estudi
rio iantes acces a recurso que no p
so os poseen, per
rmitiendo
conducir
r experi
imentos en cu
ualquier localidad y momento.
m
ww.inf.ufsc.br/~jbosco
http://ww o/labvir.htm [Accesado en enero 20
010].
En p
paralelo con la evoluc
n ción históri de las t
ica técnicas de teleoperac
e ción ha hab
bido una
evolu
ución tecno
ológica moti
ivada por lo desarrollo de contro la inform
os os ol, mática y la robótica.
Los sistemas de telecomun
e nicaciones, los robots utilizados, los dispos
sitivos hápti
icos y la
realid virtual hacen un n
dad notable avan en las aplicacione en cuanto a teleoper
nce es o ración se
refier
re.
1.2.
1 Háptic
ca
Actu
ualmente la palabra H
Háptica no t
tiene una d
definición d
directa. Sin embargo se puede
s
generar un ente
endimiento de la mism a partir de su raíz la cual se deriva de griego
ma z, el
“Hap
pthai”, y ha referenc al sentido del tacto (
ace cia o (Barrientos, 2007).
,
El se
entido del ta es el pr
acto rimero que se forma en los seres h
n humanos du
urante la ges
stación, y
debid a esto e el más d
do es desarrollado y aunque no nos d
o, e damos cuen es del que más
nta,
dependemos en nuestra vid diaria. Según Braun (1997), el sentido del tacto comp
da n l prende la
12

13. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
perce
epción de e
estímulos m
mecánicos q incluyen contacto, presión y g
que n golpeo. Ad
demás de
ser s
sensibles a estos incen
ntivos, las te
erminales n
nerviosas de la piel tam
e mbién respo
onden a
estím
mulos de calor, frío o dolor. En otras pala
n abras, es la sensación evocada po la piel
or
cuan se somet a estímul mecánic eléctrico térmicos o químico
ndo te los cos, os, s os.
Los somato-rece
eptores, que podemos observar e la figura 1.7 son ne
en ecesarios pa poder
ara
detec estos es
ctar stímulos y e
existen 4 tip
pos:
• Termo-receptores.- Son los enc
cargados de identificar los cambio de tempe
e r os eratura, y
así tradu
ucirse en señ
ñales regula
atorias cuand se requie un ajuste.
do ere
• Propioce
eptores.- So aquellos que se en
on s ncargan de enterarnos de la posi
ición del
cuerpo, y nos permi conocer la posición de los órg
iten r n ganos con lo ojos cerra
os ados.
• Mecano-
-receptores. Terminac
.- iosas libres que poseen un bajo umbral de
ciones nervi n
estimula
ación y una r
rápida adap
ptación.
• Nocio-re
eceptores.- Se activan mediante una esti
n e imulación mecánica fuerte o
temperat
turas extrem las cua pueden producir d
mas, ales n daño. Al ac
ctivarse pro
oducen la
sensació de dolor.
ón
Figur
ra 1.7 Somatore
eceptores (Ledesma, 2008) ht
ttp://insn.die.u
upm.es/docs/ta
acto.pdf [Acces
sada en febrero
o de 2010]
13

14. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
1.2.1. H
Historia
En te
ecnología; háptica se refiere a la ciencia qu estudia las aplicaci
a ue l iones de int
teracción
entre las person en ambientes virtua y tele-o
e nas ales operados. G
Generando una interfaz háptica
z
se pe
ermite al usu
uario manip
pular objeto que virtua
os almente está presentes pero realm
án s, mente no
exist o se encu
ten uentran en o lugar.
otro
La in
nvestigación de la há
áptica según Kutchenb
n becker (200 busca r
04) recrear el complejo
c
sentido del tacto para los us
o suarios de r
realidad virt y telerro
tual obótica. Es inicia en los años
sta n
90´s como resul
ltado de pro
oblemáticas y estudios que se llev
s s varon a cab en áreas como la
bo
robót
tica, la tele
e-operación realidad virtual y ps
n, v xperimental, incremen
sicología ex ntando el
núme de inves
ero stigadores e universid
en dades y cent de investigación.
tros
Las i
investigacio
ones referen a la háp
ntes ptica se pue
eden clasificar en tres ramas, las cuales se
c
visua
alizan en la figura 1.8 y se describen a continu
uación:
• Háptica humana.-Se refiere al estudio de los compo
e e onentes que posee una persona
e a
para sent y manipu su ento
tir ular orno por med del tacto
dio o.
• Háptica de máquina
as.-El campo que estud y produc dispositiv de hardw que
dia ce vos ware
permiten a la gente interactuar con las com
n mputadoras.
• Háptica de compu
utadoras.-Se refiere al campo q
e l que estudia los algori
itmos de
interpret
tación háptica para crea los efecto deseados con una int
ar os terfaz háptica.
14

15. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Háptica Humana
‐ Percepción
n
‐ Cognición
‐ Neuropsicología
Háptica de comput
tadoras
Háptica de Máqu
uinas
‐ Modelamien
nto
‐ Diseño de dispositivos
‐ Interpretación
‐ Sensores
‐ Estabilidad
d
‐ Comunicación
Figura
a 1.8 Ramas de
e la háptica
Com resultado fueron des
mo o sarrollados una gran variedad de dispositivos con el obj
bjetivo de
proba algunas t
ar elación con la percepci táctil hu
teorías en re ión umana para poder conti
inuar con
el de
esarrollo de esta tecnolo
ogía.
1.2.2. D s Hápticos
Dispositivos
Com dispositiv háptico suelen se considera
mo vos os er ados aquell periféric que per
los cos rmiten al
usuar tocar, p
rio palpar y re
econocer o
objetos virt
tuales, que de verdad no se en
d ncuentran
física
amente ahí. (Kim, 2004
4).
Vázq
quez (2004) nos dice q los dispositivos h
) que hápticos le p
permiten al usuario in
l nteractuar
con un mundo v
u virtual y se
entir los torques y las fuerzas de reacción qu surgen c
ue cuando el
objet toca otro elemento dentro de ambiente virtual. A esta intera
to os os el e acción se le conoce
e
como representa
o ación háptic
ca.
15

16. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
A lo largo de la últimas d décadas se han hecho grandes esfuerzos e investiga
as dos en aciones y
desar
rrollos hápt
ticos, y aun
nque aún mu
uchas perso
onas no saben que es o a que se refiere ya
r
empi
ieza a estar presente en sus vidas.
n
1.2.3. A
Aplicaciones
Actu
ualmente, la tecnología háptica, e bien reci
a a es ibida por c
ciertos camp de la s
pos sociedad,
ampl
liando así su rango de a
u aplicación, p ejemplo
por o:
• Tipo did
dáctico.- De
esde represe
entaciones d fuerzas electromagn
de néticas y mecánicas
m
estudiadas en física, hasta la fu
uerza de inte
eracción mo
olecular en c
clases de qu
uímica.
• Medicina.- Permite a los doct
e tores exami
inar a los p
pacientes pa obtener mejores
ara r
diagnóst
ticos y hace cirugías, incluso si n están en e mismo lu
er no el ugar.
• Ingeniería.- Muchos productos podrían se mejorado incluso a
s er os antes de fab
bricarlos,
debido a que se pu ncia de las fuerzas y fricciones entre los
uede tener una referen
diferente componentes, y así v
es efectividad del proceso
verificar la e o.
• Simuladores.- Los simuladores son frecu
uentemente usados par entrenar personas
ra
en entorn virtuale ya que en condicion reales p
nos es, e nes podría ser d
demasiado costoso o
c
peligroso
o. Mientr las sen
ras nsaciones qu provean esos sim
que n muladores sean más
realistas, la person tendrá un rango de errores m
, na n e menor cuand se enfre
do ente a la
realidad.
.
Cabe mencionar que cualqu dispositivo que ha de interf ante las circunstanc antes
e r uier aga faz cias
menc
cionadas pu
uede ser con
nsiderado co
omo un disp
positivo háp
ptico por mu sencillo que sea.
uy q
Actu
ualmente la tecnología háptica viv con nosot
ve tros y tal ve de maner inconscie
ez ra ente. Un
claro ejemplo e el contro de mando de una co
o es ol o onsola de v
video juego desde lo que se
os, os
introdujeron con el PlaySt
n tation de Sony que co
ontaban con vibrador hasta los d última
n de
generación com el Dual Shock 3 (Six
mo S xAxis) para el PlayStat
tion 3 (Figu 1.9) de Sony o el
ura S
16

17. Te
elecontrol Háptico de
e Brazo Rob
bot
Wiim
mote (Figur 1.10) para la con
ra nsola Wii d Nintend en los que el us
de do, suario al
experimentar alg tipo de fuerza en e video jueg percibe una vibración en el ma
gún el go, ando.
Hoy en día, se n
nvolucra aú más al us
ún suario al pe
edirle retroa
alimentación pues depe
n, endiendo
de la fuerza con que se opriman los bo
a n otones o la v
velocidad con la que se mueva, se llevarán
e e
a cab distintas reacciones dentro del juego. Es u forma d háptica m sencilla tal vez
bo una de muy a,
la má sencilla d todas, pe cumple s objetivo.
ás de ero su
Figur
ra 1.9 Dual Sho
ock 3 http://ww
ww.sonystyle.c
com
ado en febrero 2010]
[Accesa
Figu
ura 1.10 Wiimo
ote
http:/
//www.wiinint tendo.net/20077/01/24/wii‐m
mote‐
20‐co
oming‐this‐summmer/ [Accesaddo en febrero 2010]
17

18. Telecon
ntrol Háptico de Brazo
o Robot
Uno de lo principal objetivo de esta t
os les os tecnología es la rehab
bilitación, y que muc
ya chos de los
s
pacientes q sufren a
que algún tipo d discapaci
de idad necesit sentir es
tan stímulos de fuerza para mejorar su
a u
condición. Con relació a los inv
ón videntes, de acuerdo a Golledge (1993), su ca
e alidad de vi depende
ida e
en gran me para inferir información de decisio
edida de su habilidad p n ones espaciales, dadas a través del
procesamie
ento y sínte de la i
esis información espacial de una var
n riedad de si
ituaciones a diferentes
s
escalas.
Según San
nabria (200
07) cuand el sujeto tiene una anticipac
do o ción percep
ptiva, existe un mejor
e r
procesamie
ento de inf
formación q genera un mayor aprendizaj Para es existen hoy en día
que a r je. sto a
diversos dispositivos enfocados a este fin y uno de estos es el D
DMREI (Di
ispositivo Mecatrónico
M o
para la R
Representaci
ión Espacia de Invid
al dentes) el cual podem observ en la f
mos var figura 1.11,
desarrollad por el mi
do ismo Sanabr en la Un
ria niversidad P
Pedagógica N
Nacional de Colombia
e a.
Figura 1.1
11 DMREI Sanabria (2007)
1.3.Te
eleoperac
ción Hápti
ica
Se puede d
decir que es tema existe desde q existe la teleoperac
ste que ción, pues c
cuando ésta empezó se
a e
utilizaban sistemas qu se encont
ue traban cone
ectados por medios me
ecánicos, po lo que se transmitían
or n
las fuerzas a los man
s ndos a dista
ancia. Cua
ando se dejan de utiliz mandos remotos directamente
zar s d e
conectados se hace la separación entre la tele
s eoperación y la háptica
a.
18

19. Telecon
ntrol Háptico de Brazo
o Robot
Hoy en día se ha retom
a mado la uni de estas dos tecnol
ión s logías para poder realiz nuevos dispositivos
zar s
y mejorar los ya exist
tentes, logr
rando así un infinidad de posibil
na d lidades com diría Rob (2006)
mo bles ),
“El único l
límite de las aplicacion hápticas está dado p el poder de nuestras mentes”.
s nes por r
Con los dispositivos h
hápticos, el teleoperado puede co
or ontrolar un m
manipulado dentro de un espacio
or e o
de trabajo útil detecta
ando los lim
mites por me
edio de fuer
rzas que le i
impiden sal
lirse del mis
smo, o bien
n,
sentir las fu
fuerzas corre
espondiente a colision entre pie
es nes smo robot o piezas externas con el
ezas del mis
fin de evita sobrecarg u otro tipo de daños permitiend una mejo manipula
ar gas s do or ación.
1.4. Protoc omunicaci
colos de Co ión
Con el uso de ciertos protocolos de comun
o s s nicación se ha logrado eliminar el factor distancia en la
a
problemáti de la m
ica manipulación en tiemp “real”, t
po tomando en cuenta lo retardos propios del
n os
mismo sist
tema.
La función de estos p
n protocolos s
será estable
ecer una des ormal de lo formatos que deben
scripción fo os n
presentar los mensaj para po
jes oder ser in
ntercambiad entre n
dos nuestro dis áptico y el
spositivo há
manipulador.
Concretam
mente, los pr
rotocolos de comunica
d ación define las regla para la tr
en as ransmisión y recepción
n
rmación entr los nodo de la red, de modo q para qu dos nodos se puedan comunicar
de la infor re os , que ue n r
entre si es necesario que ambo empleen la misma configurac
s o os n ción de pro
otocolos ( Ángel Luis
s
Almaraz, C
Curso de Fa
amilia de Protocolos TC
CP/IP).
1.4 Aplicaciones
4.1.
Un ejempl de la uni de estas tecnología es el Rob
lo ión s as bonaut 2 o R2 desarro
ollado por la NASA en
n
conjunto c General Motors. E la figura 1.12 podem observ a este di
con l En mos var ispositivo robótico que
e
tiene la for del tors de una pe
rma so ersona.
19

20. Telecon
ntrol Háptico de Brazo
o Robot
Figura 1.12 Robonaut
ts utilizando he
erramientas. NA
ASA http://rob
bonaut.jsc.nasa
a.gov/ [Accesad
do en febrero d
de 2010]
Muchos di
ispositivos a se encu
aún uentran en e
etapas de de
esarrollo, se han lograd solucion una gran
e do nar n
cantidad d problema con los q se habí encontr
de as que ían rado los pio
oneros en e ámbito, sin embargo
el s o
nuevos pro
oblemas han surgido. E por eso q es impo
n Es que ortante cont
tinuar con el estudio, y con esto en
n
un futuro n muy lejan se podrá emplear d manera m cotidian y efectiv estas tecn
no no án de más na va nologías.
20

21. Telecon
ntrol Háptico de Brazo
o Robot
2 Gene
eralidades
s
Hoy en día g
gracias a los
dispositivos
s hápticos, el
l teleoperado
or puede con
ntrolar un m
manipulador d
dentro de un
n
espacio de t
trabajo útil d
detectando y
y retroalimen
ntando las fu
uerzas corres
spondientes a colisiones entre piezas
s
del mismo robot o piez
zas externas con el fin d brecargas u otro tipo de
de evitar sob e daños perm
mitiendo una
a
mejor manipulación.
Con el uso de los proto omunicación existentes se ha lograd eliminar el factor dis
ocolos de co n do stancia en la
a
problemátic
ca de la man ogrando realizar esta en
nipulación, lo n tiempo “real”, tomando en cuenta los retardos
s
propios del sistema; la función de e
estos protoc
colos será es
stablecer una
a descripción
n formal de los formatos
s
que deben presentar lo mensajes para poder ser interca
os s r ambiados en
ntre nuestro dispositivo háptico y e
el
or.
manipulado
2.1 Teleop
peración
A mediados del siglo p
s pasado se vi la necesid de manipular materiales en am
io dad mbientes pot
tencialmente
e
peligrosos o
o con propie
edades radio
oactivas, fue
e entonces c
cuando se co
omenzaron a
a desarrollar
r dispositivos
s
más comple
ejos para ma
anipular a dis
stancia.
Estos desar
rrollos desem
mbocaron fin
nalmente en lo que se co
onoce como sistemas de
e teleoperación maestro‐
nado esclavo reproduce fielmente los movimie
esclavo, en los que un manipulad denomin
n n dor o e entos de un
n
dispositivo o manipulad
dor maestro, anualmente por un oper
, controlado a su vez ma rador human
no. Se puede
e
s entonces cuando la tele
decir que es eoperación c
cobra import
tancia como tecnología.
De forma g
general, la te
eleoperación
n comprende
e todas aque
ellas tecnolo
ogías que permiten a un ser humano
o
operar a distancia, con aplicación específica a la realizació de tareas imprescind
n ón s dibles probab
blemente no
o
repetitivas en ambient hostiles y/o inacces
tes sibles. Tamb
bién como teleoperación se entiende la acción
n n
te dicha de o
propiament operar a dista
ancia.
2.1.1 Elementos y A
Arquitectura
a
A continua
ación se va a describir la forma más habi
a a abajar con un sistema básico de
itual de tra a e
telemanipulación, pero aunque es la más gener tener en cuenta que no e
ral hay que t es la única posible. En un
n
sistema de teleoperació
ón es necesa
ario contar c
con un opera
ador humano
o, que ha de
e estar siempre presente
e
realización de la tarea; pero a no ser
durante la r r que se esté teleoperand
do un robot,
, es el propio
o operador e
el
que cierra e
en todo mom
mento el bucle de control más extern
no.
21