DSpace Colección:http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/194312024-03-29T15:39:16Z2024-03-29T15:39:16ZAplicación de la cinemática articular a la valoración funcional de la rodilla.Suárez López, Santiago Fernandohttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/252192023-11-23T18:16:52Z2023-09-01T00:00:00ZTítulo: Aplicación de la cinemática articular a la valoración funcional de la rodilla.
Autor: Suárez López, Santiago Fernando
Director: Venegas Toro, William Ricardo
Resumen: The objective of the project was to use joint kinematics for the functional assessment of the knee. In this sense, the photogrammetry technique was used. A set of 13 markers were placed on different areas of interest of the right lower limb, following the ISB recommendations. Subsequently, the tool recorded the leg positions derived from the execution of flexion-extension, likewise, each participant performed three tests in the experimentation. To ensure the standardization of the flexion-extension movement, the use of a stationary bicycle was incorporated. The values obtained from the positions were executed by an algorithm implemented in the Matlab software. To develop the programming, a kinematic model based on finite and infinitesimal displacements was used, in addition to the use of statistical techniques. A sample of healthy subjects (n=18) was studied to establish a baseline of normality and examine the impact of individual characteristics (sex, strain, and segment mass index). The results of the algorithm show continuous curves describing the positions, velocities, and angular accelerations, in addition to the instantaneous axis of rotation EIR. Based on the results, kinematic patterns are influenced by gender, effort, and segment mass index.
Descripción: El objetivo del proyecto fue emplear la cinemática articular a la valoración funcional de la rodilla. En este sentido, se utilizó la técnica de fotogrametría. Se colocaron un conjunto de 13 marcadores sobre diferentes áreas de interés del miembro inferior derecho, siguiendo las recomendaciones del ISB. Posterior, la herramienta registro las posiciones de la pierna derivados de la ejecución de flexo extensión, asimismo, cada participante realizo tres pruebas en la experimentación. Para asegurar la estandarización del movimiento de flexo extensión se incorporó el uso de una bicicleta estática. Los valores obtenidos de las posiciones fueron ejecutados por un algoritmo implementado en el software Matlab. Para desarrollar la programación se utilizó un modelo cinemático basado en desplazamientos finitos e infinitesimales, además, del uso de técnicas estadísticas. Se estudió una muestra de sujetos sanos (n=18) para establecer una línea base de normalidad y examinar el impacto de las características individuales (sexo, esfuerzo e índice de masa del segmento). Los resultados del algoritmo muestran curvas continuas que describen las posiciones, velocidades y aceleraciones angulares, además del eje instantáneo de rotación EIR. En base a los resultados, los patrones cinemáticos están influenciados por el género, el esfuerzo, e índice de masa del segmento.2023-09-01T00:00:00ZDesarrollo de un algoritmo de clasificación automática de gestos de la mano.Paucar Socasi, Elvis Patriciohttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/244562023-08-03T15:45:06Z2023-03-01T00:00:00ZTítulo: Desarrollo de un algoritmo de clasificación automática de gestos de la mano.
Autor: Paucar Socasi, Elvis Patricio
Resumen: Of superficial myoelectric signals, the classifier recognizes the gestures double tap, fingers spread, fist, wave in, wave out and relax. For which artificial intelligence techniques based on a CNN convolutional neural network are applied. To carry out the project, the EMG-120 database of the Escuela Politécnica Nacional is used, which contains records of myoelectric signals obtained through the superficial device myo armband located on the forearm, from which images of the gestures are generated to be able to store them. a dataframe structure to then preprocess, train the neural network model using the ResNet structure as a pretrained network, performing tests varying the number of layers of the network, validation was performed with 20% of the database, the system was has been evaluated using classification model performance metrics, obtaining good results with both preprocessed and non-preprocessed data. In the implementation of the classifier, use is made of free computational tools such as the Google Colab environment, Pandas for data manipulation and analysis, Fastai for training, and model validation.
Descripción: El objetivo del presente trabajo es desarrollar un algoritmo para la clasificación de gestos de la mano mediante el uso de señales mioeléctricas superficiales, el clasificador reconoce los gestos doble tap, fingers spread, fist, wave in, wave out y relax. Para lo cual se aplican técnicas de inteligencia artificial basadas en una red neuronal convolucional CNN. Para la realización del proyecto se utiliza la base de datos EMG- 120 de la Escuela Politécnica Nacional la cual contiene registros de señales mioeléctricas obtenidas mediante el dispositivo superficial myo armband ubicado en el antebrazo, de donde se generan imágenes de los gestos para poder almacenarlos es una estructura dataframe para luego preprocesar, entrenar el modelo de red neuronal usando la estructura ResNet como una red preentrenada realizando pruebas variando el número de capas de la red, se realizó la validación con el 20% de la base de datos, el sistema se ha evaluado mediante métricas de desempeño de modelos de clasificación, obteniendo buenos resultados tanto con datos preprocesados como sin preprocesar. En la implementación del clasificador se hace uso de herramientas computacionales libres como el entorno de Google Colab, Pandas para la manipulación y análisis de datos, Fastai para el entrenamiento, validación del modelo.2023-03-01T00:00:00ZDesarrollo de un modelo con técnicas de inteligencia artificial para el análisis y optimización de la eficiencia de colectores solares con tubos de vacío, de uso doméstico para la ciudad de Riobamba.Hernández Vivanco, Jordy Alexanderhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/225622022-06-22T22:02:20Z2022-03-01T00:00:00ZTítulo: Desarrollo de un modelo con técnicas de inteligencia artificial para el análisis y optimización de la eficiencia de colectores solares con tubos de vacío, de uso doméstico para la ciudad de Riobamba.
Autor: Hernández Vivanco, Jordy Alexander
Resumen: In this thesis ANFIS and NNML are used to analyze and optimize the efficiency of solar
collectors with vacuum tubes for domestic use in the city of Riobamba. For the purpose
of designing and manufacturing solar thermal collectors, efficiency is a fundamental
parameter and the input variables that differ in their performance are collector area,
solar irradiation and vacuum percentage. The data generated by ANFIS simulating the
behavior of the different parameters that affect the efficiency of the solar collector were
normalized and classified in order to train and validate the NNML models. The NNFB,
NNLR and NNRB outputs were compared with each other using RMSE, MAPE, R^2
and MSE functions. Different characteristics of the neural networks, such as number of
hidden layers, number of neurons in that layer, training algorithms and activation
function were modified to obtain the best architecture of the neural networks. NNRB
with GDX training function, obtained better performance, with an R^2 of 0.99999;
obtaining as a result that the models with artificial intelligence techniques have a very
high performance to analyze and optimize the efficiency of solar collectors.
Descripción: En esta tesis de grado ANFIS y NNML, son empleados para analizar y optimizar la
eficiencia de colectores solares con tubos de vacío, de uso doméstico para la ciudad de
Riobamba. Con el propósito de diseñar y manufacturar colectores solares térmicos, la
eficiencia es un parámetro fundamental y las variables de entrada que difieren en su
rendimiento son el área del colecto, la irradiación solar y el porcentaje de vacío. Los
datos generados mediante ANFIS simulando el comportamiento de los diferentes
parámetros que inciden en la eficiencia del colector solar, fueron normalizados y
clasificados con el fin de entrenar y validar los modelos NNML. Las salidas NNFB,
NNLR y NNRB fueron comparados entre ellos mediante las funciones RMSE, MAPE,
R^2 y MSE. Diferentes características de las redes neuronales, como la cantidad de
capas ocultas, cantidad de neuronas en dicha capa, los algoritmos de entrenamiento y
función de activación fueron modificados para obtener la mejor arquitectura de las redes
neuronales. NNRB con la función de entrenamiento GDX, obtuvo mejor rendimiento,
con un R^2 de 0,99999; obteniendo como resultado que los modelos con técnicas de
inteligencia artificial tienen un desempeño muy elevado para analizar y optimizar la
eficiencia de los colectores solares.2022-03-01T00:00:00ZDesarrollo de un sistema de detección de tumores en mamografías mediante técnicas de inteligencia artificial.Argoti Arcos, Roberth Miguelhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/217682021-08-13T20:10:49Z2020-09-01T00:00:00ZTítulo: Desarrollo de un sistema de detección de tumores en mamografías mediante técnicas de inteligencia artificial.
Autor: Argoti Arcos, Roberth Miguel
Resumen: The objective of this project is to develop an algorithm with artificial intelligence techniques, such as convolutional neural networks, which were used for the detection and classification of tumors in mammograms and thus to prevent unnecessary invasive intervention in patients with possible diagnoses of breast cancer.
In order to carry out this project, the MIAS database was used, which contains mammography images previously diagnosed by doctors. The segmentation of these images was carried out, thus achieving greater accuracy in the training of the proposed convolutional neural network and the validation of the network was performed with 30% of the segmented images. The percentage of accuracy achieved in the network training was 80% after performing several workouts with different characteristics to improve the percentage of accuracy.
Descripción: El presente proyecto tiene como objetivo desarrollar un algoritmo con técnicas de inteligencia artificial, como son las redes neuronales convolucionales, las cuales fueron utilizadas para la detección y clasificación de tumores en mamografías y con esto poder prevenir una intervención invasiva innecesaria en pacientes con posibles diagnósticos de cáncer de mama.
Para la realización de este proyecto se utilizó la base de datos MIAS la cual contiene imágenes de mamografías previamente diagnosticadas por doctores. Se realizó la segmentación de dichas imágenes logrando así mayor exactitud en el entrenamiento de la red neuronal convolucional propuesta y se realizó la validación de la red con el 30% de las imágenes segmentadas. El porcentaje de exactitud logrado en el entrenamiento de la red fue de un 80% luego de realizar varios entrenamientos con diferentes características para mejorar dicho porcentaje.2020-09-01T00:00:00ZDiseño e implementación del sistema de control, instrumentación e interfaz de mando humano – máquina para un exoesqueleto de rehabilitación de manoBonilla Ribadeneira, Christian Sebastianhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/213662021-02-11T17:14:27Z2020-02-04T00:00:00ZTítulo: Diseño e implementación del sistema de control, instrumentación e interfaz de mando humano – máquina para un exoesqueleto de rehabilitación de mano
Autor: Bonilla Ribadeneira, Christian Sebastian
Resumen: This article presents the design of the control system, instrumentation and human – machine interface for a hand rehabilitation exoskeleton. The design and implementation of the mechanical part of the exoskeleton is previously built, so this proposal seeks the integrality of the project. A study of the kinematics of the exoskeleton mechanism is performed to obtain the operating ranges. Also, the kinematic study allows to determine the trajectory that the finger follows in conjunction with the mechanism in a flexion movement. In addition, the design of the instrumentation that includes position and force sensors with their respective conditioning circuits is presented. The control system is responsible for operating the electric motors that generate the movements of the mechanism and also, receives the signals from the position and force sensors. With this information, the controller establishes the motor signals that allow rehabilitation routines with the exoskeleton. The types of rehabilitation routines can be chosen through a human-machine interface that run on the computer.
Descripción: El presente artículo presenta el diseño del sistema de control, instrumentación y la interfaz de mando para un exoesqueleto de rehabilitación de mano. La implementación de la parte mecánica del exoesqueleto se construye previamente, por lo que esta propuesta busca la integralidad del proyecto. Se realiza un estudio de la cinemática del mecanismo del exoesqueleto para obtener los rangos de funcionamiento. También, el estudio cinemático permite determinar la trayectoria que sigue el dedo en conjunto con el mecanismo en un movimiento de flexión. Además, se presenta el diseño de la instrumentación que incluye sensores de posición y de fuerza con sus respectivos circuitos de acondicionamientos. El sistema de control es el encargado de manejar los motores eléctricos que generan los movimientos del mecanismo y también, recibir las señales de los sensores de posición y fuerza. Con dicha información, el controlador establece las señales de los motores que permiten realizar rutinas de rehabilitación con el exoesqueleto. Se puede escoger los tipos de rutinas de rehabilitación a través de un interfaz humano – máquina que funciona en la computadora.2020-02-04T00:00:00ZDiseño e implementación de una balanza aerodinámica para el túnel de viento subsónico de ciclo abierto del LMFT de la Escuela Politécnica Nacional para medición de las fuerzas de arrastre y sustentaciónDaquilema Guambo, Dennys Rafaelhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/213652021-02-11T17:14:18Z2020-02-04T00:00:00ZTítulo: Diseño e implementación de una balanza aerodinámica para el túnel de viento subsónico de ciclo abierto del LMFT de la Escuela Politécnica Nacional para medición de las fuerzas de arrastre y sustentación
Autor: Daquilema Guambo, Dennys Rafael
Resumen: The objective of this titling project was to design and build a prototype aerodynamic balance, which allowed the measurement of aerodynamic forces by obtaining drag and lift coefficients, which are generated in the profiles submerged in a fluid. In order to, determine the effectiveness of the prototype, tests were carried out on an aerodynamic profile NACA 0012 of 15 cm rope, 10 samples were taken at each point of interest that are generated by the variation of the angle of attack ranging from -4 to 20 degrees. These values were compared with those issued by the NACA report number 460, which also allowed us to determine the uncertainty value present in the system that has a value of 0.035, and a maximum error percentage in drag coefficient of 75% and 95% in the lift coefficient due to the vibrations present in the wind tunnel during its operation and its incorrect location, which causes a recirculation of the air that influences the test area.
Descripción: El presente proyecto de titulación tuvo como objetivo diseñar y construir un prototipo de balanza aerodinámica, que permitió la medición de fuerzas aerodinámicas mediante la obtención de los coeficientes de arrastre y sustentación, que se generan en los perfiles sumergidos en un fluido. Para poder determinar la efectividad del prototipo se realizaron ensayos en un perfil aerodinámico NACA 0012 de cuerda 15 cm, se tomaron 10 muestras en cada punto de interés que se generan por la variación del ángulo de ataque que va de -4 a 20 grados; dichos valores fueron comparados con los emitidos por el reporte número 460 de la NACA que además nos permitió determinar el valor de incertidumbre presente en el sistema que tiene un valor de 0.035, y un porcentaje de error máximo en coeficiente de arrastre de 75% y del 95% en el coeficiente de sustentación debido a las vibraciones presentes en el túnel de viento durante su funcionamiento y la incorrecta ubicación del mismo, que provoca una recirculación del aire que influye a la zona de pruebas.2020-02-04T00:00:00ZDiseño e implementación de un sistema de telemetría y video para vehículos aéreos no tripulados (UAVS)Guevara Balarezo, Vanessa Katherinehttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/213612021-02-11T17:13:27Z2019-09-04T00:00:00ZTítulo: Diseño e implementación de un sistema de telemetría y video para vehículos aéreos no tripulados (UAVS)
Autor: Guevara Balarezo, Vanessa Katherine
Resumen: The project contains a design and set a telemetry and video system for unmanned aerial vehicles (UAV) which cover a 2 km distance in a line of sight environment. In order to fulfill the objective of the project, a radio link system in the unlicensed frequencies of 915 MHz and 5.8 GHz was selected as a communication system between the UAV and the control station. The telemetry and video systems consist of a part of hardware, corresponding to the equipment required to establish the link, and the part of the software constituted by the Mission Planner software that allows the integration of the hardware of the systems with the control station. The telemetry system has to send the data from the UAV to the control station, the data consist of information about altitude, position, distance from the UAV to the station, and speed of the air flow. On the other hand, the video system sends a real time video from the UAV to the control station. The Mission Planner software allows the telemetry and video data sent from the UAV to be displayed on the control station
Descripción: El presente proyecto contiene el diseño e implementación de un sistema de telemetría y video para vehículos aéreos no tripulados con un alcance en línea de vista de hasta 2 km. Para cumplir con el objetivo del proyecto, se seleccionó como sistema de comunicación entre el UAV y la estación de control, un sistema de radioenlace en las frecuencias no licenciadas de 915 MHz y 5.8 GHz. Los sistemas de telemetría y video están constituidos por una parte de hardware, correspondiente a los equipos requeridos para establecer el enlace, y la parte del software constituida por el software Mission Planner que permite la integración del hardware de los sistemas con la estación de control. El sistema de telemetría envía los datos correspondientes a la altura de vuelo, posición (GPS), distancia respecto a la estación de control y velocidad del aire. El sistema de video es el encargado de enviar el video en tiempo real desde el UAV hasta la estación de control. El software Mission Planner permite visualizar en la estación de control los datos de telemetría y video enviados desde el UAV.2019-09-04T00:00:00ZReconocimiento y clasificación de lenguaje de señas usando Kinect e inteligencia artificialGuamán Gamboa, Tomás Santiagohttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/213572021-02-11T17:12:42Z2019-06-06T00:00:00ZTítulo: Reconocimiento y clasificación de lenguaje de señas usando Kinect e inteligencia artificial
Autor: Guamán Gamboa, Tomás Santiago
Resumen: In the world there is about 466 millions of people with deafness, it represents more than 5% of global population . These people have several inconvenient to communicate with others who do not speak the sign language. This issue as social isolation and prevents equal growth. This project is based on the needs for people who do not speak this type of language, so they can understand the signs made by someone deaf through a software which uses artificial intelligence and a 3D sensor.
In this research, the hand trajectories obtained with the help of the 3D sensor are used for training, validation and test of an artificial intelligence algorithm based on neural network. The network is responsible for recognition and classification of 5 basic signs determined with the help of an expert in this field. The neural network is a multilayer perceptron trained by back propagation.
The training is done with 6 people and the test with 9 additional. In the simulation phase, the system has an effectiveness in recognition and classification of 99.6%; while, in the field test of 98.7%. In addition, an HMI was developed for data acquisition and the presentation of results.
Descripción: En el mundo existen alrededor de 466 millones de personas con discapacidad auditiva lo cual representa más del 5% de la población mundial. Estas personas presentan serios inconvenientes para poder comunicarse con otras que no hablan la lengua de señas, lo que repercute en un aislamiento social e impide un desarrollo igualitario. Este proyecto se basa en la necesidad de que las personas, quienes no hablan este tipo de lenguaje, puedan entender las señas realizadas por alguien con discapacidad auditiva mediante un programa de ordenador que utiliza inteligencia artificial y un sensor 3D.
En esta investigación se utilizan las trayectorias de las manos obtenidas con la ayuda del sensor 3D, para entrenamiento, prueba y validación de un algoritmo de inteligencia artificial basado en redes neuronales responsable del reconocimiento y clasificación de 5 señas básicas determinadas por un experto en este campo. La red neuronal utilizada es un perceptrón multicapa entrenado mediante retro propagación.
El entrenamiento de la red neuronal se lo realizó con 6 personas y las pruebas con 9 personas adicionales. En la fase de simulación, el sistema tiene una efectividad en reconocimiento y clasificación del 99.6%; mientras que, en las pruebas de campo es del 98.7%. Además se desarrolló un HMI para la toma de datos y la presentación de resultados.2019-06-06T00:00:00ZAnálisis de singularidades y espacio de trabajo del robot paralelo de tipología 3UPE-RPUTumbaco Mendoza, Diana Carolinahttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/202492019-06-03T17:54:11Z2019-04-10T00:00:00ZTítulo: Análisis de singularidades y espacio de trabajo del robot paralelo de tipología 3UPE-RPU
Autor: Tumbaco Mendoza, Diana Carolina
Resumen: This work is the continuation of the first stage of the PIMI research project 15-04 which refers to a parallel robot of typology 3UPE-RPU is carried out by the Faculty of Mechanical Engineering of the National Polytechnic School (EPN).
One of the objectives proposed in this work is a comparison between the Jacobian analytical and the Jacobian geometric, fulfilled with the first objective, the purpose of this work is the workspace in the constant orientation of the 4GDL robot using an algorithm that allows to discretize and evaluate their work space, as well as perform a mathematical analysis on the basis of the theory of screw and classify the singularities according to the work done by Gosselin and Angeles, whose main function is to determine the Jacobian matrix.
The configuration of the robot yields a dimensionless Jacobian matrix, it is explained, a homogenization method is used, the analysis of the Jacobian matrix range is facilitated.
To validate the results, MATLAB is used, where the mathematical calculations are carried out, in addition to making a representation of the workspace, the results to visualize the workspace and analyze its singularities.
Descripción: Este trabajo es la continuación de la primera etapa del proyecto de investigación PIMI 15-04 que se refiere a un robot paralelo de tipología 3UPE-RPU y es llevado a cabo por la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica Nacional (EPN).
Uno de los objetivos planteados en este trabajo es una comparación entre el jacobiano analítico y el jacobiano geométrico, cumplido con el primer objetivo, el propósito de este trabajo es representar el espacio de trabajo a orientación constante del robot de 4GDL usando un algoritmo que permita discretizar y evaluar su espacio de trabajo, además se realiza un análisis matemático en base a la teoría de tornillo y se clasifica las singularidades de acuerdo con el trabajo realizado por Gosselin y Angeles, cuya herramienta principal para dicho análisis es el determinante de la matriz jacobiana.
Por la configuración del robot se obtiene una matriz jacobiana adimensional, en consecuencia, se usa un método de homogenización, que facilita el análisis del rango de la matriz jacobiana.
Para validar los resultados se utiliza MATLAB, donde se desarrolla los cálculos matemáticos, además se realiza una representación del espacio de trabajo, los resultados permiten visualizar el espacio de trabajo y analizar sus singularidades.2019-04-10T00:00:00ZDiseño y simulación de un controlador para un péndulo invertido virtual ejecutando el Middleware OROCOS e implementación del controlador en una Raspberry Pi con comunicación al simuladorÁlvarez Erazo, Francisco Xavierhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/202482019-06-03T17:54:05Z2019-05-07T00:00:00ZTítulo: Diseño y simulación de un controlador para un péndulo invertido virtual ejecutando el Middleware OROCOS e implementación del controlador en una Raspberry Pi con comunicación al simulador
Autor: Álvarez Erazo, Francisco Xavier
Resumen: The project contains a controller’s design and simulation for a virtual inverted pendulum executing the middleware OROCOS and its implementation in a Raspberry Pi communicated with the simulator. First the Raspberry Pi was selected to install and run UBUNTU MATE, in which OROCOS TOOLCHAIN was installed and executed, that allowed to create a component and execute the deployer. In addition, the UBUNTU MATE operating system was installed in a virtual machine in order to run ROS, OROCOS and V-REP. In a second stage, the controller for the virtual inverted pendulum was designed to be executed in both the virtual machine and the Raspberry Pi. Later on, the virtual inverted pendulum scene was implemented to execute its driver, written in Python, through the API to link OROCOS TOOLCHAIN and PHYTON. Finally, the connection was established by means of a data acquisition interface between the Raspberry Pi and the virtual pendulum scene in V-REP for its respective control.
Descripción: El presente trabajo de titulación contiene el diseño y la simulación un controlador para un péndulo invertido virtual ejecutando el middleware OROCOS e implementación en una Raspberry Pi con comunicación al simulador. En primer lugar se seleccionó la Raspberry Pi adecuada para instalar y ejecutar UBUNTU MATE, en la cual se instaló y ejecutó OROCOS TOOLCHAIN, lo que permitió crear un componente y ejecutar el deployer. Además se instaló en una máquina virtual el sistema operativo UBUNTU MATE para poder instalar ROS, OROCOS y V-REP. Luego se diseñó el controlador para el péndulo invertido virtual para que sea ejecutado tanto en la máquina virtual como en la Raspberry Pi. A continuación se implementó la escena del péndulo invertido virtual para ejecutar su controlador escrito en Python por medio de la API para enlazar OROCOS TOOLCHAIN y PHYTON. La conexión fue establecida, por medio de una interfaz de adquisición de datos, entre la Raspberry Pi y la escena del péndulo virtual en V-REP para su respectivo control.2019-05-07T00:00:00ZOperación remota y control adaptativo de un manipulador virtual de 3 grados de libertad usando 2 brazaletes MYO y reconocimiento de gestos de la manoOña Ñacata, Alex FabricioVimos Tixi, Victor Hugohttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/201552019-04-08T10:04:19Z2019-03-27T00:00:00ZTítulo: Operación remota y control adaptativo de un manipulador virtual de 3 grados de libertad usando 2 brazaletes MYO y reconocimiento de gestos de la mano
Autor: Oña Ñacata, Alex Fabricio; Vimos Tixi, Victor Hugo
Resumen: A system to drive a virtual manipulator with 3 degrees of freedom in a simulated computational environment is developed in this work. The control interface uses 2 MYO bracelets from the Thalmic Labs manufacturer. The MYO bracelet gives the activity of the skeletal muscles (EMG) and data from the inertial measurement unit (IMU). Regarding to the trajectory control, two controllers have been considered: the CTC model (Calculated Torque Control) to eliminate the nonlinearities of the system when the parameters are well known. The other control used is AIC (Adaptive Inertia Control) that provides greater robustness adapting to mass changes in the final effector robot. EMG signals have been processed and it has been possible to classify 6 gestures which are used to control the virtual arm. The system is tested with 20 people who do not belong to the database of training people. The results obtained show an accuracy of 91.6% in the gesture recognition system with a time classification less than 30ms. The overall result taking into account the assessment of the 20 users, shows that the total system in terms of usability has an acceptance of 82.91%, while in functionality the system has an acceptance of 64.79%.
Descripción: Se desarrolla un sistema para operar remotamente un manipulador virtual de 3 grados de libertad en un entorno computacional simulado. Como interfaz de control se emplea 2 brazaletes MYO del fabricante Thalmic Labs, constituido por sensores electromiográfícos y una unidad de medida inercial. Las señales EMG son usadas para el reconocimiento de gestos de la mano permitiendo interactuar con el robot. Los datos de orientación son utilizados para el control del movimiento del robot. Para el control de trayectoria, se considera dos controladores: uno basado en el modelo CPC (Control por Par Calculado) buscando eliminar las no linealidades del sistema cuando los parámetros son conocidos, el otro control usado es el CIA (Control de Inercia Adaptativa) que brinda mayor robustez adaptándose a los cambios en la masa del extremo del robot que ocurre cuando el manipulador sujeta un objeto diferente. Usando algoritmos de machine learning se clasifica 6 patrones que son usados en el control del brazo. Las pruebas de operación son realizadas con 20 usuarios y los resultados muestran que el sistema total en términos de usabilidad tiene un porcentaje de 82.91% de aceptación; mientras que en términos de funcionalidad el sistema total tiene un promedio de 64.79%.2019-03-27T00:00:00ZImplementación de un modelo de insulina-glucosa de Cobelli en un FPGA para la simulación de un páncreas artificial.Salas Haro, Vargas Culqui, Diego Danilo Walter Adriánhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/201292019-04-08T10:01:34Z2019-03-19T00:00:00ZTítulo: Implementación de un modelo de insulina-glucosa de Cobelli en un FPGA para la simulación de un páncreas artificial.
Autor: Salas Haro, Vargas Culqui, Diego Danilo Walter Adrián
Resumen: This document is aimed at those who are working with an insulin - glucose model. We provide a simulation platform that will enable to evaluate and improve different control techniques in the way to develop an artificial pancreas system.
The Cobelli model is the first computer simulator accepted by the FDA as substitute for animal trials. The model contains twelve differential equations so, its solution by using numerical methods demands powerful resources what will affect the simulation time. A FPGA is an option to reduce the simulation time, depending principally in the number of available multipliers. For example, the simulation time in FPGA is about 1200 times less than the one in Matlab.
Therefore, we have implemented a Cobelli insulin - glucose model in a FPGA together with a computer interface that helps to show the levels of glucose and insulin obtained from the simulation, the response of the system is verified with a PID controller.
The model is implemented in a Virtex 5 XC5VLX110T FPGA available in High Frequency Laboratory at National Polytechnic School. This device does not have the necessary resources to comply the simulation, so it has been necessary to optimize resources using multipliers in an iterative way which have increased the computational time.
The simulation results for a diabetic type 1 model with insulin infusion, using a PID control system, are similar those obtained by the same author in an improved model. The system keeps glucose and insulin levels in normal ranges for a patient with defined parameters.
Descripción: Este documento está dirigido a quienes deseen entender y trabajar con un modelo de insulina – glucosa, proporciona una plataforma de simulación que permitirá desarrollar y evaluar sistemas de control con miras a desarrollar un páncreas artificial.
El modelo de Cobelli es el único simulador por computador aceptado por la FDA como sustituto a ensayos, consta de doce ecuaciones diferenciales, su resolución por métodos numéricos demanda gran capacidad de equipo, que se refleja en el tiempo de simulación. Un FPGA puede reducir significativamente el tiempo de simulación, en función del número de multiplicadores disponibles. Es así que el tiempo de simulación en un FPGA puede llegar a ser 1200 veces menor que en Matlab.
Se ha implementado el modelo de insulina – glucosa de Cobelli en un FPGA y una interfaz en computador que permite observar los resultados, también se verifica la respuesta del sistema con un controlador PID, implementado desde Matlab. El modelo se implementó en el FPGA Virtex 5 XC5VLX110T disponible en el Laboratorio de Alta Frecuencia de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Escuela Politécnica Nacional.
Los resultados obtenidos para un paciente DT1 con dosificación de insulina, mediante un sistema de control PID, se ajustan a los obtenidos por el mismo autor en un modelo mejorado; el sistema mantiene los niveles de glucosa e insulina en rangos normales para un paciente con parámetros definidos.2019-03-19T00:00:00ZDesarrollo e implementación de un sistema de visión artificial y seguimiento de objetivos humanos por un cuadricóptero de exteriores utilizando MatlabRomero Mejía Luis Geovannyhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/200082019-04-08T11:21:09Z2019-01-04T00:00:00ZTítulo: Desarrollo e implementación de un sistema de visión artificial y seguimiento de objetivos humanos por un cuadricóptero de exteriores utilizando Matlab
Autor: Romero Mejía Luis Geovanny
Resumen: For a person without physical limitation, it is easy to perform daily activities. However, it
is difficult or impossible for a person who lost part of their limbs in this case a hand. With
this antecedent and to improve the life quality of these people, in the present project it
had been made the control over a commercial robotic hand by means of electromyogram
signals (EMG) coming from the 8-channels of a commercial equipment (Myo armband).
In this investigation, we determine the best EMG channel to facilitate the classification
between open and closed hand, and so to control a robotic hand that it makes the same
activity. An important contribution of this work is to determine the interpersonal variability
that exists in each of the people. The project consists of several stages, which consist of
developing the appropriate interface between the bracelet and the computer using
communication libraries available on the web, analyzing the 8 EMG channels and
discriminating the channel that contains the most appropriate signal that allows to
perform the classification between open and closed hand, which will allow the activation
of robotic hand. Finally, the corresponding tests were carried out to verify the correct
functioning and performance of the project.
Descripción: Para una persona sin ninguna limitación física, le resulta fácil realizar actividades
cotidianas. Sin embargo, no resulta así, para una persona que ha perdido parte de sus
extremidades, en este caso una mano. Con este antecedente y para mejorar la calidad
de vida, en el presente proyecto se realizó el control sobre una mano robótica comercial
por medio de señales de electromiograma (EMG), provenientes del brazalete comercial
Myo de 8 canales. Esta investigación tiene que ver con la determinación del mejor canal
de EMG que facilite la clasificación entre mano abierta y cerrada, para controlar a una
mano robótica que realice la misma actividad. Un aporte importante de este trabajo es
determinar la variabilidad interpersonal que existe en cada una de las personas. El
proyecto consta de varias etapas, las cuales consisten en desarrollar la interfaz
adecuada entre el brazalete y el computador utilizando librerías de comunicación
disponibles en la web, analizar los 8 canales de EMG y discriminar el canal que contenga
la señal más apropiada que permita realizar la clasificación entre mano abierta y
cerrada, lo cual permitirá el accionamiento de a mano robótica. Finalmente, se realizan
las pruebas correspondientes para verificar el correcto funcionamiento y desempeño del
proyecto.2019-01-04T00:00:00ZDiseño e implementación de una plataforma para el estudio comparativo de un controlador predictivo (MPC) con controladores PID y FUZZY, aplicado al control de velocidad de un motor DC.Mayorga Miranda, Luis Eduardohttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/199412019-04-08T11:16:02Z2019-01-11T00:00:00ZTítulo: Diseño e implementación de una plataforma para el estudio comparativo de un controlador predictivo (MPC) con controladores PID y FUZZY, aplicado al control de velocidad de un motor DC.
Autor: Mayorga Miranda, Luis Eduardo
Resumen: In the present work, a platform was developed for the comparative study of a predictive controller (MPC) with PID and FUZZY controllers, applied to the speed control of a DC motor. This platform was developed using the mathematical modeling of a DC motor, where the constant electrical properties and physical variables were analyzed, in order to obtain an abstract mathematical representation of the system, with which, the model was obtained in the state space and a function transfer in the domain s. Next, control subsystems were simulated to verify their behavior. In the DC motor, the controllers were applied in order to have a stable speed and preset by the user; The DC motor is coupled to an incremental encoder for speed measurement. The mathematical model of the DC motor implemented in a PC through the LabVIEW software allowed the MPC controller through the Arduino MEGA card to control the DC motor. In addition, this allowed comparing traditional controllers such as the PID and modern controllers such as the FUZZY, which were also designed and implemented. Finally, through a user interface developed in LabVIEW you can change the variables, adjust the SET, and in this way, see and compare the different responses of each controller. The behavior of the controllers on the motor was analyzed by means of two methods, with constant force on the axis and without force on the axis, allowing to establish the differences, effectiveness, performance between the controllers and, thus, obtain the most optimal behavior of the system in analysis. .
Descripción: En el presente trabajo se desarrolló una plataforma para el estudio comparativo de un controlador predictivo (MPC) con controladores PID y FUZZY, aplicados al control de velocidad de un motor DC. Esta plataforma se desarrolló utilizando el modelado matemático de un motor DC, donde se analizaron las propiedades eléctricas constantes y variables físicas, para poder obtener una representación matemática abstracta del sistema, con lo cual, se obtuvieron el modelo en el espacio de estados y una función de transferencia en el dominio s. A continuación, se simularon subsistemas de control, para verificar su comportamiento. En el motor DC, se aplicó los controladores para poder tener una velocidad estable y preestablecida por el usuario; el motor DC está acoplado a un encoder incremental para la medición de la velocidad. El modelo matemático del motor DC implementado en un PC mediante el software LabVIEW permitió que el controlador MPC a través de la tarjeta Arduino MEGA controle el motor DC. Además, esto permitió comparar los controladores tradicionales como el PID y controladores modernos como el FUZZY, los cuales también fueron diseñados e implementados. Finalmente, a través de una interfaz de usuario desarrollada en LabVIEW se puede cambiar las variables, ajustar el SET, y de esta manera, ver y comparar las diferentes respuestas de cada controlador. El comportamiento de los controladores sobre el motor se analizó mediante dos métodos, con fuerza constante sobre el eje y sin fuerza sobre el eje, permitiendo establecer las diferencias, efectividad, desempeño entre los controladores y, así obtener el comportamiento más óptimo del sistema en análisis.2019-01-11T00:00:00ZDesarrollo del modelo dinámico lineal en parámetros inerciales de un robot paralelo para rehabilitación de rodillaArmas Freire, Catalina Elizabethhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/198872019-04-07T22:08:45Z2018-12-05T00:00:00ZTítulo: Desarrollo del modelo dinámico lineal en parámetros inerciales de un robot paralelo para rehabilitación de rodilla
Autor: Armas Freire, Catalina Elizabeth
Resumen: In the present work the linear dynamic model is developed with respect to inertial parameters (mass, first moment of mass and moment of inertia) for the parallel robot type 3UPS + 1RPU developed in the Escuela Politécnica Nacional as part of the PIMI-1504 project. A lineal model of linear friction of coulomb and viscosity is incorporated to improve the estimation of the model to real behavior of the robot in analysis. Subsequently, the dynamic linear model is simplified (model in base parameters) by the numerical method of decomposition into singular values. For the dynamic model reduction, a curve of identification of base parameters is used which is generates by means of finite Fourier series optimized through minimization algorithms with restrictions. The restrictions used in this work are limits of travel, speed and acceleration of the actuators linear, as well as, restrictions in the workspace and the angle reached by the spherical joints that constitute the structure of the parallel robot 3UPS + 1RPU. Finally, the degree of compatibility of the developed reduced dynamic model is quantified through calculation of the mean square error determined between the generalized forces of the independent joints estimated by the linear dynamic model in base parameters and the forces simulated in the Adams/View software. For this compatibility analysis, an optimized test path generated by finite Fourier series is used.
Descripción: En el presente trabajo se desarrolla el modelo dinámico lineal con respecto a parámetros inerciales (masa, primer momento de masa y momento de inercia) para el robot paralelo tipo 3UPS+1RPU desarrollado en la Escuela Politécnica Nacional como parte del proyecto PIMI-1504, además se incorpora un modelo lineal de fricción lineal de coulomb y de viscosidad para mejorar la estimación del modelo del comportamiento real del robot en análisis. Posteriormente, el modelo dinámico lineal se simplifica (modelo en parámetros base) mediante el método numérico de descomposición en valores singulares. Para la reducción del modelo dinámico, se emplea una curva de identificación de parámetros base que se genera mediante series de Fourier finitas optimizada a través de algoritmos de minimización con restricciones, las restricciones empleadas en este trabajo son límites de recorrido, velocidad y aceleración de los actuadores lineales, así como también, restricciones en el espacio de trabajo y el ángulo alcanzado por las articulaciones esféricas que constituyen la estructura del robot paralelo 3UPS+1RPU. Finalmente, el grado de compatibilidad del modelo dinámico reducido desarrollado, se cuantifica a través del cálculo del error cuadrático medio, determinado entre las fuerzas generalizadas de las articulaciones independientes estimadas por el modelo dinámico lineal en parámetros base y las fuerzas simuladas en el software Adams/View. Para el análisis de compatibilidad se emplea una trayectoria optimizada de prueba generada mediante series de Fourier finitas.2018-12-05T00:00:00ZAnálisis de compatibilidad del modelo dinámico de un robot paralelo tipo 3UPS+1RPU para rehabilitación de rodilla, mediante simulación de mecanismos en MSC-ADAMSPulloquinga Zapata, José Luishttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/195672019-04-08T01:40:26Z2018-07-18T00:00:00ZTítulo: Análisis de compatibilidad del modelo dinámico de un robot paralelo tipo 3UPS+1RPU para rehabilitación de rodilla, mediante simulación de mecanismos en MSC-ADAMS
Autor: Pulloquinga Zapata, José Luis
Resumen: The present work seeks to establish the degree of compatibility of the dynamic model of the parallel robot for knee rehabilitation type 3UPS+1RPU, developed by Aquino & Pozo, with the real behavior of robot. This dynamic model was developed using the Gibbs Appell methodology; however, it lacks of a compatibility analysis methodology to support the results obtained. The present project calculates the forces that must be exerted by the linear actuators of the robot 3UPS+1RPU to perform movements of hip flexion, knee flexion-extension, internal-external knee rotation and ankle flexion-extension used in knee rehabilitation. These forces are compared with the forces in the actuators determined by the dynamic simulation of the computer-designed mechanism for the 3UPS+1RPU parallel robot. In order to analyze the behavior of the results calculated and simulated, a statistical tool called residue analysis is used. Finally, the mean square error quantifies the degree of compatibility between the model and the simulated mechanism.
Descripción: El presente trabajo busca establecer el grado de compatibilidad del modelo dinámico del robot paralelo para rehabilitación de rodilla tipo 3UPS+1RPU, desarrollado por Aquino & Pozo, con el comportamiento real del robot. El modelo mencionado anteriormente, se desarrolló mediante la metodología de Gibbs Appell, y carece de una metodología de análisis de compatibilidad para fundamentar los resultados obtenidos. En el presente proyecto se calculan las fuerzas que deben ejercer los actuadores lineales del robot 3UPS+1RPU para realizar los movimientos de flexión de cadera, flexión-extensión de rodilla, rotación interna-externa de rodilla y flexión-extensión de tobillo, usados en la rehabilitación de rodilla. Estas fuerzas son comparadas con las fuerzas en los actuadores determinadas mediante la simulación dinámica del mecanismo diseñado por computador para el robot paralelo 3UPS+1RPU. Para analizar el comportamiento de los resultados calculados y simulados, se emplea la herramienta estadística de análisis de residuos. Finalmente, para cuantificar el grado de compatibilidad del modelo con el mecanismo simulado se usa el error cuadrático medio.2018-07-18T00:00:00ZDesarrollo e implementación de un sistema de visión artificial y seguimiento de objetivos humanos por un cuadricóptero de exteriores utilizando MatlabHerrera Granda, Patricio ErickLoor Bautista, Jonathan Gabrielhttp://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/194322019-04-08T01:35:22Z2018-05-23T00:00:00ZTítulo: Desarrollo e implementación de un sistema de visión artificial y seguimiento de objetivos humanos por un cuadricóptero de exteriores utilizando Matlab
Autor: Herrera Granda, Patricio Erick; Loor Bautista, Jonathan Gabriel
Resumen: In the present project an artificial vision system was developed, with the main purpose of demonstrating that its application is possible in the detection of human faces, in real time, through a video input. By means of image processing the control signals were obtained, in order to controlling the drone in real time. To achieve this goal, this project was carried out in stages. Considering that the detection methodology was a cascade detector using the algorithm of Viola Jones. Initially, the equipment and software necessary, for the acquisition of the video captured by the camera, were selected. Later, an image processing system was developed, in order to improve the quality of the image and prepare it for detection. Then, through the segmentation of colors of each frame, thresholding, binarization and edge detection, the program was able to automatically define a region for each image in which the human objective is located. In this way, having the region where the face is most likely to be found, a cascade classifier is trained, which through a tracking algorithm, will allow to obtain the position and area where the face is located from the center of the image. Finally, using a controller connected to the drone, the flight trajectory will be controlled in order to keep it attached to the target.
Descripción: En el presente proyecto se desarrolló un sistema de visión artificial, con el objetivo de demostrar su aplicación para la detección de rostros humanos en tiempo real mediante una entrada de video. Mediante el procesamiento de imágenes digitales se pudo obtener las señales de control para que el dron ejecute su vuelo en tiempo real. Como metodología de detección se empleó un detector en cascada empleando el algoritmo de Viola Jones. Inicialmente se seleccionaron los equipos y software necesarios para la adquisición del video capturado por la cámara a bordo del cuadricóptero. Posteriormente se desarrolló un sistema de procesamiento de imágenes que permitió mejorar la calidad de las imágenes y prepararlas para la detección. Luego, con la segmentación de colores de cada frame, umbralización, binarización y detección de bordes se definió automáticamente una región para cada imagen en la cual se ubicó el objetivo humano. De esta manera, ya con la región donde es más probable que se encuentre el rostro, se entrenó un clasificador de cascada que permitió mediante un algoritmo de seguimiento obtener la posición y área donde se encontraba el rostro. Finalmente, empleando un controlador comunicado con el dron se logró direccionar el vuelo del mismo para mantenerlo anclado al objetivo.2018-05-23T00:00:00Z