| TAZ-TFM-2024-1585 |
Design of robotic systems for human-assistive tasks
Giacalone Amorelli, Alessandro
López Nicolás, Gonzalo (dir.) ; Cuiral Zueco, Ignacio (dir.)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2024
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Ingeniería de Sistemas y Automática
Máster Universitario en Ingeniería Industrial
Resumen: Esta tesis explora el diseño de tareas de asistencia robótica para humanos utilizando un entorno de simulación en MATLAB. La investigación se centra en dos áreas principales: escenarios con usuarios pasivos que utilizan planificación de movimiento basada en campos potenciales y escenarios con usuarios activos que emplean métodos de control en el espacio de estados. Para los escenarios de usuarios pasivos, se desarrolla un algoritmo de campo potencial para evitar colisiones de manera segura y fácil de usar en tareas de asistencia. Este algoritmo se aplica en dos aplicaciones clave: asistencia robótica para alimentación y para vestir. La tarea de alimentación demuestra la efectividad del algoritmo para navegar alrededor de obstáculos estáticos y dinámicos, manteniendo una trayectoria segura y eficiente hacia la boca del usuario. En la tarea de vestir, el algoritmo guía una manga simulada a lo largo del brazo del usuario, considerando posibles movimientos del brazo. En los escenarios con usuarios activos, la investigación avanza hacia estrategias de control más complejas en el espacio de estados. Se simula una tarea colaborativa de transporte de una caja utilizando control por imitación directa con un filtro de Kalman para manejar posibles deficiencias motoras del usuario asistido, modeladas como ruido en los movimientos de la mano del usuario. Además, se aborda una tarea de manipulación de un vaso de agua mediante control predictivo basado en modelos (MPC) para el seguimiento de trayectorias en tiempo real, incorporando la dinámica del movimiento del líquido en el vaso. La tesis proporciona un análisis integral de cada aplicación, incluyendo métricas de rendimiento como el tiempo de finalización de la tarea, la evitación de colisiones y la suavidad de la trayectoria. Los resultados demuestran la efectividad de los algoritmos propuestos en diversos escenarios de asistencia, sentando las bases para futuros desarrollos en aplicaciones del mundo real. Esta investigación contribuye al campo de la robótica asistencial al abordar desafíos clave en la interacción humano-robot, la adaptación en tiempo real y la seguridad en proximidad cercana a los usuarios. El enfoque basado en simulación permite iteraciones y evaluaciones rápidas de diferentes escenarios, allanando el camino para futuras implementaciones en sistemas robóticos físicos.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master
Notas: Solicitud de defender la memoria en diciembre de forma telematica porque he empezado a trabajar full-time en Roma, Italia, si es posible antes de las 9 de la manana porque empiezo a trabajar a esta hora, Muchas gracias!
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