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El presente trabajo de grado muestra el proceso de diseño, construcción y teleoperación de una mano robótica antropomórfica. Partiendo de un análisis de la mano humana y los agarres de la potencia por Cutkosky, los cuales serán explicados más adelante en el documento, se tomarán en cuenta las consideraciones anatómicas que permitirán profundizar en los detalles más relevantes del movimiento, materiales y construcción del sistema mecánico. Además, para realizar el control de la mano, se llega a una idea, donde es posible reducir la etapa de adaptación y entrenamiento necesario del operador, mediante la implementación de una herramienta de uso cotidiano en la mayoría de los humanos, los dedos de la mano; utilizando un dispositivo que captura las posiciones de estos y realizando un tratamiento de señales adecuadas, es posible transformar la información más relevante, en secuencias de impulsos eléctricos dirigidos a una mano artificial. De esta forma se logra un dominio sobre el robot, una realimentación visual por medio de una interfaz HMI, una emulación del movimiento humano y un nuevo camino en el campo de los múltiples métodos de teleoperación de manipuladores, como exoesqueletos, prótesis de mano, robots humanoides entre otros. Por lo tanto, es un factor clave para el desarrollo adecuado de este proyecto, realizar una división de los 4 principales estudios que son mecánicos, sistemas, electrónica y control; con el fin de componer en conjunto a sistema mecatrónico, el cual tiene como objetivo ser un aporte y abrir camino a la profundización de líneas de investigación dirigidas tanto a la teleoperación como a la biomecatrónica. The present work shows the process of design, construction and teleoperation of an anthropomorphic robotic hand. Based on an analysis of the human hand and the power grabs by Cutkosky, which will be explained later in the document, the anatomical considerations that will allow deepening the most relevant details of the movement, materials and construction of the mechanic system will be taken into account. In addition, to carry out the control of the hand, an idea is reached, where it is possible to reduce the stage of adaptation and necessary training of the operator, by means of the implementation of a tool of daily use in the majority of humans, the fingers of the hand; using a device that captures the positions of these and performing a treatment of appropriate signals, it is possible to transform the most relevant information into sequences of electrical impulses directed to an artificial hand. In this way, a mastery over the robot is achieved, a visual feedback through an HMI interface, an emulation of human movement and a new path in the field of multiple teleoperation methods of manipulators, such as exoskeletons, hand prostheses, robots humanoids among others. Therefore, it is a key factor for the proper development of this project, to make a division of the 4 main studies that are mechanics, systems, electronics and control; in order to compose a mechatronic system as a whole, which aims to be a contribution and open the way to the deepening of research lines aimed at both teleoperation and biomechatronics. Pregrado

El siguiente documento presenta el proceso de diseño e implementación de un dispositivo de navegación para establecimientos comerciales con comunicación inalámbrica e interfaz de usuario para dispositivos móviles, se muestra la metodología usada durante el desarrollo donde se emplean, en las áreas de la robótica y la inteligencia artificial, los algoritmos del problema del viajero (TSP) y el algoritmo de Dijkstra para la planificación de trayectorias, en el campo de las comunicaciones el uso de la tecnología NFC, además del protocolo REST para la integración con un API web, para el módulo de navegación se hace un estudio de para la implementación de localización en edificaciones (indoor localization) usando los sensores de un dispositivo móvil como una unidad de movimiento inercial (IMU) y su procesamiento de señales integrando el filtro de Kalman tanto como estimador como reductor de ruido de las señales gaussianas de los sensores del dispositivo. Finalmente se realiza un estudio de diferentes materiales para la realización del dispositivo que cumplirá la función de contener al tag que da la ubicación actual de quien lo use. Como conclusión se obtiene que a pesar de los procesos de calibración y filtrado de las señales, los sensores de un dispositivo móvil no son lo suficientemente confiables para obtener la localización en edificaciones. Se logra la implementación de los algoritmos anteriormente mencionados para la planificación de rutas y se entrega una aplicación de administración de que permite la configuración de la aplicación móvil bajo protocolo de comunicación REST al API de un servidor online que almacena las estructuras de información mediante las que se da acceso al usuario a la interacción con el aplicativo. Finalmente se entrega un dispositivo con la capacidad de almacenar un tag NFC, que se adecua a la lógica de la aplicación, bajo un modelo sostenible realizado en impresión 3D, garantizando su alta durabilidad y calidad estética. 1. RESUMEN 12 2. INTRODUCCION 14 ´ 2.1. OBJETIVO GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. METODOLOG´IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4. ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4.1. BALIZAS INFORMATIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4.2. ESTIMOTE BALIZAS Y PEGATINAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4.3. API TANGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4.4. AVENIDA CHILE CENTRO COMERCIAL Y FINANCIERO . . . . . . . . . . . . 17 2.4.5. APLICACION M ´ OVIL RETIRO CENTRO COMERCIAL . . . . . . . . . . . . . . 17 ´ 3. MARCO TEORICO 18 ´ 3.1. SISTEMAS DE COMUNICACION INAL ´ AMBRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ´ 3.2. MATERIALES ECOLOGICOS (SOSTENIBILIDAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ´ 3.3. MATERIALES NO ECOLOGICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ´ 3.4. ACR´ILICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.5. APLICACION PARA M ´ OVILES INTELIGENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ´ 3.6. METODOS DE PLANIFICACI ´ ON POR B ´ USQUEDA HEUR ´ ´ISTICA . . . . . . . . . . . 24 3.7. IMU (Unidad de Medicion Inercial) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ´ 3.7.1. Celulares utilizados como imu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.8. ALGORITMOS DE LOCALIZACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ´ 3.8.1. Algoritmo de posicion a partir de la aceleraci ´ on de un objeto . . . . . . . . . . . . . 26 ´ 3.8.2. Triangulacion con se ´ nal WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ˜ 3.9. SERVICIOS EN LA NUBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.10. PROTOCOLO TCP (PROTOCOLO DE CONTROL DE TRANSMISION) . . . . . . . . . 27 ´ 3.11. PROTOCOLO HTTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.12. CALCULOS DE TRAYECTORIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.1. Problema del agente viajero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.2. Algoritmo de Dijkstra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.3. Filtro de Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4. DISENO E IMPLEMENTACI ˜ ON MEC ´ ANICA Y ESTUDIO ECON ´ OMICO 33 ´ 4.1. COSTOS INICIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.1.1. Chip NFC referencia NTAG216 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.2. ELECCION DE MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 ´ 4.3. DISENO PROTOTIPO CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ˜ 4.4. COSTOS FINALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.5. MATERIAL Y DISENO FINAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 ˜ 5. DESARROLLO SOFTWARE LOCALIZACION 41 ´ 5.1. LOCALIZACION INDOOR (IMU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 ´ 5.1.1. Conclusion de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 ´ 5.2. MATRIZ DE ROTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 ´ 5.3. CALIBRACION LINEAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 ´ 5.3.1. Conclusiones de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.4. FILTRO DE KALMAN Y CALIBRACION DEL ACELEROMETRO . . . . . . . . . . . . 45 ´ 5.4.1. Senales celular Sony C1904 en reposo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 ˜ 5.4.2. Senales celular Sony C1904 con Filtro Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 ˜ 5.4.3. Senales celular Sony C1904 con calibraci ˜ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 ´ 5.4.4. Senales celular Sony C1904 con Filtro Kalman mas calibraci ˜ on . . . . . . . . . . . 67 ´ 5.4.5. Senales celular Sony C1904 con calibraci ˜ on mas Filtro Kalman . . . . . . . . . . . 74 ´ 5.4.6. Conclusion de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 ´ 6. DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE LA INTERFAZ DE USUARIO 82 ´ 6.1. ALGORITMO DE TRAYECTORIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.2. PROBLEMA DEL AGENTE VIAJERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.3. ALGORITMO DE DIJKSTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.4. INTEGRACION TSP Y DIJKSTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 ´ 6.5. DESARROLLO APP ANDROID-ADMINISTRADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.6. DESARROLLO APP ANDROID USUARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7. CONCLUSIONES 107 8. TRABAJO FUTURO 108 A. ANEXOS 116 A.1. Filtro de Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 A.2. Calibracion cuadr ´ atica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 The following document presents the process of design and implementation of a navigation device for commercial establishments with wireless communication and user interface for mobile devices, it shows the methodology used during the development, in the areas of robotics and artificial intelligence, the travelling salesman problem (TSP) and the Dijkstra algorithm were used for path planning, in the field of communications the use of NFC technology, in addition to the REST protocol for integration with a web API, for the module navigation is done a study of the implementation of indoor localization using the sensors of a mobile device as an inertial movement unit (IMU) and its signal processing integrating the Kalman filter as a estimator and reducer of noise of Gaussian signals from the sensors of the device. Finally a study of different materials for the realization of the device that will fulfill the function of contain to the tag that gives the current location of who uses it. In conclusion, despite the processes of calibration and filtering of the signals, the sensors of a mobile device are not reliable enough to obtain an accurate indoor localization. The implementation of the aforementioned algorithms for route planning is achieved and an administration application is provided that allows the configuration of the mobile application under REST communication protocol to the API of an online server that stores the information structures through which the user is given access to the interaction with the application. Finally, a device with the capacity to store an NFC tag, which is adapted to the logic of the application, is delivered under a sustainable model realized in 3D printing, guaranteeing its high durability and aesthetic quality. Pregrado