Modelado, simulación y control inteligente del movimiento de una silla de ruedas.

Abstract

Según la información obtenida por el ministerio de salud pública del Ecuador, actualmente existen 215000 personas que tienen una discapacidad física de cualquier índole y el mayor porcentaje (46,54%) de este grupo, corresponde a edades entre 36 y 64 años, quienes al hacer uso de una silla de ruedas requieren la ayuda de terceros con el fin de cumplir sus rutinas diarias. En este trabajo, se desarrolló una comparativa de dos controladores borrosos en una silla de ruedas eléctrica jazzy jet 3, con el objetivo de verificar su eficacia en la evasión obstáculos y escalones, brindándole autonomía a los usuarios e independencia de terceros. Primero, se derivaron las ecuaciones del movimiento de una silla de ruedas eléctrica por el enfoque lagrangiano para obtener su respuesta dinámica y estimar el tiempo de llegada al obstáculo que se deseó evadir. Luego, por medio de la dinámica de sistemas multicuerpo, se modeló el conjunto de cuerpos rígidos que conforman a la silla de ruedas eléctrica utilizada en este trabajo con sus juntas respectivas que describen su movimiento real. Los programas utilizados para realizar las simulaciones del análisis de su respuesta dinámica por ambos enfoques fue Matlab y Simscape, respectivamente. Una vez obtenido el tiempo de respuesta en las simulaciones, se procedió con el desarrollo de dos controladores (controlador 1 y controlador 2) por el método de la lógica borrosa con el sistema de inferencia Mamdani para su implementación en la silla de ruedas eléctrica, con el fin de optimizar recursos computacionales en diseño de la planeación de la silla de ruedas eléctrica. Los materiales utilizados para la implementación del control borroso fueron una tarjeta Arduino Mega 2560, ocho sensores ultrasónicos HC-SR04, cables de conexión de 40 cm de largo para los puertos digitales, dos servos motores MG 995, un mecanismo impreso en material ácido poliláctico y una fuente externa de voltaje de 7,2 Voltios. El controlador borroso 1 contó con 32 reglas borrosas y el controlador borroso 2 contó con 161 reglas borrosas, siendo más eficiente en recursos computacionales el controlador borroso 1 quien requirió el 60,4% de su capacidad de memoria interna de la tarjeta Arduino en comparación con el controlador borroso 2 quien usó el 80,4% de su memoria interna, sin embargo, ambos controladores cumplieron con el objetivo deseado en este trabajo que fue la evasión de obstáculos en la planeación de una silla de ruedas eléctrica.