Grupo de Investigación DAVINCI. Resumen

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1 Grupo de Investigación DAVINCI Integrantes: Oscar F. Avilés 1, Mauricio Mauledoux, Ricardo Castillo Resumen El grupo DAVINCI está integrado por profesores y estudiantes de la Facultad de Ingeniería, interesados en procesos de automatización de naturaleza no lineal con técnicas avanzadas de control, desarrollo de sistemas mecatrónicos aplicados a las necesidades del área de ingeniería de rehabilitación, Integración de los conceptos teóricos de la robótica a aplicaciones en diferentes campos prioritarios de la vida nacional como el desarrollo de prótesis de mano, dispositivos de rehabilitación motora y dispositivos de apoyo para asistencia en movimiento. Antecedentes El grupo fue creado al interior del curso de Ingeniería en Mecatrónica en julio del año 2002, buscando la integración de diferentes disciplinas mediante métodos de diseños multidisciplinarios e interdisciplinarios, para generar nuevo conocimiento en el campo de la Ingeniería Mecatrónica que permita el desarrollo de equipos, instrumentos y sistemas necesarios para el país. Objetivos Generación de investigación aplicada: en el campo de robótica de manipuladores, en el campo de la robótica móvil de tipo terrestre, aérea y acuática, desarrollo de nuevas aplicaciones de inteligencia artificial en la robótica de manipuladores y en la robótica móvil, integración de procesos de automatización de naturaleza no lineal 1 Contacto del grupo: oscar.aviles@unimilitar.edu.co

2 con técnicas avanzadas de control, desarrollo de sistemas mecatrónicos aplicados a las necesidades del área de ingeniería de rehabilitación, Integración de los conceptos teóricos de la robótica a aplicaciones en diferentes campos prioritarios de la vida nacional como el desarrollo de prótesis de mano, dispositivos de rehabilitación motora y dispositivos de apoyo para asistencia en movimiento. Líneas de interés Robótica e Inteligencia Artificial: Esta línea está orientada a diseñar e implementar robots y sistemas de inteligencia artificial para aplicaciones industriales, académicas y/o militares en las áreas de: robótica móvil, robótica de manipuladores y su control (telepresencia y tecnología háptica). Como producto en esta línea en la figura 1 se presenta un robot diseñado para manipular objetos sospechosos, este fue bautizado con el nombre de Vali: Vehículo Antiexplosivo Ligero. Todo el dispositivo: brazo y vehículo, es manejado desde un computador, el mismo tiene visión de tres cámaras conectadas al cuerpo, todo el conjunto Hardware&Software permiten tener la destreza necesaria para manipular elementos. Vali, que además es el nombre del dios nórdico de la arquería y la puntería, es un ejemplo de la alianza que desde el año 2000 se ha forjado entre la academia y la industria militar. (a) Figura 1. Robots para aplicación en le industria militar: (a) Vali 1.0, (b) Vali 2.0 (b)

3 La extensión actual de la robótica a nuevos campos de acción y aplicaciones conlleva una creciente complejidad de los requerimientos en eficiencia (medida en términos de tiempos de ejecución o uso de recursos de Hardware & Software), y robustez ante entornos y condiciones de operación cambiantes. Acorde a estas necesidades, el grupo ha incursionado en la investigación de sistemas de múltiples agentes robóticos y robótica modular. Tales desarrollos posibilitan la subdivisión de tareas para una ejecución mediante múltiples robots, así como la capacidad del sistema de continuar en operación en caso de falla de alguno de sus componentes, factores de gran beneficio ligados a los requerimientos establecidos. Los sistemas de múltiples agentes robóticos implementados desde el año 2012 hacen uso de la plataforma robótica BIOLOID vista en la figura 2, dada su versatilidad para el ensamble de diversas configuraciones móviles: robots de ruedas, robots humanoides y de patas, o híbridos de los mismos; esto permite al sistema contar con distintos tipos de robots especializados acorde a una serie de tareas objetivo (exploración del entorno, recolección y transporte de objetos). Figura 2. Distintas configuraciones de la plataforma robótica BIOLOID que conforman un sistema de múltiples agentes robóticos Desde el año 2014, el desarrollo de la plataforma MECABOT en sus diversas iteraciones (ver figura 3), busca la creación de módulos robóticos de

4 tamaño compacto, cuyas interfaces (sensores, actuadores y tarjetas de comunicación) les permiten acoplarse para conformar estructuras con mayor versatilidad cinemática en terrenos irregulares. (a) (b) Figura 3. Plataforma MECABOT : a) Módulo individual, b) Ensamble de módulos en una configuración tipo serpiente. Automatización y Control: Esta línea está orientada a aplicar la automatización, control y optimización con capacidad científica y tecnológica, para diseñar, modernizar, fabricar y mantener equipos, sensores y componentes industriales. Trabajar en técnicas de control lineal, no lineal y técnicas heurísticas. Aplicando la linea de investigación a las necesidades de la universidad, se obtuvo como resultado la implementacion de una planta hibrida de recursos energeticos renovables (Energia solar y eolica), en la cual, se realizó una arquitectura de microgrid DC para mejorar la eficiencia energetica aplicando un controlador predictivo, tecnicas de inteligencia artificial y tecnicas de optimización, a partir de la reconstrucción y sensado de datos climaticos en el campus de la universidad. Esta arquitectura se muestra en la figura 2, en donde la planta implementada permite el alumbrado de la cancha de tenis en la zona deportiva de la universidad.

5 Figura 2. Arquitectura de control de una planta hibrida de recursos energeticos renovables. Biomecatrónica: Esta línea está orientada a brindar apoyo tecnológico al área Hospitalaria desarrollando equipos médicos de monitoreo, rehabilitación (diseño y construcción de prótesis mecatrónicas), instrumentación para elementos de sensórica y modelación e identificación de sistemas fisiológicos. Como resultado importante en esta línea se desarrollaron tres prototipos de protesis, dos para miembro inferior y uno para miembro superior. Ver figura 3. Los prototipos son completamente concebidos y desarrollados en la UMNG, Para el logro del objetivo propuesto se utilizaron tecnicas modernas de diseño concurrente y optimización ademas de utilizar la tecnica de prototipado rapido para la obtención de los prototipos

6 (a) (b) (c) Figura 3. Aplicaciones en biomecatrónica: a) Protesis de pie y rodilla, b) Prótesis de brazo, c) Prótesis de mano.