¡Descarga DISEÑO Y IMPLETACION DE ROBOT y más Tesinas en PDF de Ingeniería solo en Docsity!
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE CUENCA
CARRERAS:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
TÍTULO:
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ROBOT ASISTENTE PARA
PERSONAS CON DISCAPACIDAD MOTRIZ Y ADULTOS MAYORES, BASADO EN
INTELIGENCIA ARTIFICIAL”
Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Electrónico
Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero de Sistemas
Autores:
David Patricio Valencia Redrován
Luis Enrique González Delgado
Director:
Ing. Vladimir Robles Bykbaev
CUENCA, JULIO 2014
ECUADOR
CERTIFICACIÓN
Ing. Vladimir Robles Bykbaev
Certifico:
Haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los capítulos de la tesis titulada “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ROBOT ASISTENTE PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD MOTRIZ Y ADULTOS MAYORES, BASADO EN INTELIGENCIA ARTIFICIAL”, realizada por los estudiantes David Patricio Valencia Redrován y Luis Enrique González Delgado, y por cumplir los requisitos autorizo su presentación
Cuenca, Julio de 2014
Ing. Vladimir Robles Bykbaev.
DIRECTOR DE TESIS
DEDICATORIA
Dedicatoria:
Dedico esta tesis a todos mis familiares en
especial a mis padres y abuelitos que son
mi ejemplo a seguir. También quisiera
dedicar este trabajo a todas las personas que
sueñan y luchan por un mundo mejor, a esas
personas que sacrifican valiosos momentos
de su vida para investigar, buscar soluciones
para cambiar el mundo para bien y mejorar
la calidad de vida de las personas que más lo
necesitan de sin esperar nada a cambió
DAVID
AGRADECIMIENTO
Agradecimiento:
Hoy que veo cumplido un sueño (de los muchos que tengo) veo que tome el camino correcto, el camino no fue fácil, estuvo lleno de sacrificios, retos, tristezas, profundas decepciones, pero también existieron momentos inolvidables llenos de felicidad, de alegrías y de horas de risas con gente impresiónate que conocí en este trayecto de la vida. Historias y anécdotas como “att-yo” que se quedaran gravadas en mi mente toda la vida. He esperado mucho este momento y comenzare agradeciendo en primer lugar al eje central de mi vida, mi DIOS, gracias por la sabiduría, gracias por ayudarme a tomar las mejores decisiones, y haber tomado el camino correcto, gracias por acompañarme día a día. En segundo lugar a los seres más importantes mi vida, mis Padres, gracias por su apoyo incondicional, su infinita paciencia para soportar mis cambios de humor, por compartir este gran esfuerzo y sacrificio que significaron estos casi 6 años de estudio, gracias infinitas por haber hecho que mi única responsabilidad haya sido estudiar. Gracias a mis hermanos, abuelitos y familiares por el apoyo. Quiero presentar no solo mi agradecimiento sino también mi admiración por mi Director que de tesis, el Ing Vladimir Robles, que más que un tutor académico se convirtió en un amigo incondicional en este reto de la tesis, aprendí que si uno hace las cosas con corazón, con voluntad, esfuerzo y con el cerebro al límite, la palabra imposible no existe, mi eterno agradecimiento Ing Vladimir. A los miembros del grupo de investigación GI-SIIA que me enseñaron el apoyo incondicional en un grupo de trabajo. A mis compañeros y amigos de la Universidad que ayudaron a que las amanecidas, los trabajos de teoría de control, las prácticas interminables de digital y analógica, y los proyectos imposibles de robótica hayan sido posibles, agradables y llenos de risas. Finalmente agradezco a la Universidad Politécnica Salesiana, a sus directivos, docentes, y todo el personal que la conforma, gracias por todas las oportunidades que se me brindo el transcurso de mis estudios y gracias infinitas por todas las facilidades permitidas en el desarrollo de esta tesis
DAVID
Agradecimiento:
Agradezco a todas las personas que hicieron posible el desarrollo de este proyecto, a las personas que me apoyaron y especialmente a mi familia
LUIS
1 INTRODUCCIÓN
Capítulo 1. Introducción
1.1 Discapacidad en el Ecuador Las últimas estadísticas presentadas por el CONADIS (Consejo Nacional de Discapacidades), indican que en el Ecuador existe un 2.63 % de la población total (368. personas carnetizadas) que presenta algún tipo de discapacidad sea esta física o intelectual [1]. De este porcentaje, las discapacidades físicas y motrices son las más comunes, con un porcentaje del 37%, seguida por las intelectuales con un 24,5% y las discapacidades múltiples con un 13% [1].
Este 2.63% hace referencia únicamente a personas carnetizadas y registradas por el CONADIS con algún tipo de discapacidad, pero se estima que el número total de personas discapacitadas en el Ecuador supera el 1600000, es decir, aproximadamente el 12% de la población total del país [3].
Según estudios de la OMS (Organización Mundial de la Salud), en Latinoamérica solamente un porcentaje del 2% de personas con discapacidad puede acceder a algún tipo de beneficio o proceso de rehabilitación [9]. En el Ecuador se estima que 33 de cada 100 personas no acceden a programas de rehabilitación, lo que ha motivado al estado Ecuatoriano a la creación de fundaciones dedicadas a la inclusión de personas con capacidades diferentes. Fundaciones como “Manuela Espejo” de la Vicepresidencia son un claro ejemplo de cómo el estado busca la inclusión social y laboral [10].
Además de este número elevado de personas con discapacidad presentes en el País, se suman las personas que padecen la enfermedad de Alzheimer. Según las últimas estadísticas proporcionadas por el Novartis, en Ecuador un 6% de la población total padece de algún problema mental, y en el 70% de los casos corresponde al Alzheimer [2].
El número de personas con discapacidad sigue en aumento, esto se debe al envejecimiento de la población, las personas ancianas tienen un mayor riesgo de discapacidad y al incremento global de los problemas crónicos de salud asociados a discapacidad, como la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y los trastornos mentales [17].
1.1.1 Legislación en la discapacidad
En el estado ecuatoriano se ha formado una ley que trata de amparar y proteger a personas que poseen algún tipo de discapacidad y se conoce como “Ley orgánica de discapacidades”, la cual estipula en sus 117 artículos, códigos y reglamentos de protección y derechos para personas que contemplan algún tipo de discapacidad. Uno de los artículos más claros es el artículo 47 de la Constitución de la República, el cual dispone claramente que “ el Estado garantizará políticas de prevención de las discapacidades y, procurará la equiparación de oportunidades para las personas con discapacidad y su integración social, reconociendo sus derechos, como el derecho a la atención especializada, a la rehabilitación integral y la asistencia permanente, a las
rebajas en servicios públicos y en servicios privados de transporte y espectáculos, a exenciones en el régimen tributario, al trabajo en condiciones de igualdad de oportunidades, a una vivienda adecuada, a una educación especializada, a atención psicológica, al acceso adecuado a bienes, servicios, medios, mecanismos y formas alternativas de comunicación, entre otros” [25].
1.1.2 Instituciones dedicadas al bienestar de personas discapacitadas
En el Ecuador existe un conjunto de instituciones tanto públicas como privadas dedicadas al servicio, atención y bienestar a personas con discapacidad. Estas instituciones buscan proporcionar servicios tales como bolsas de trabajo, terapias, registros, inclusión, asesoría, medicación etc.
Según el CONADIS algunas de estas instituciones son [31][1]:
Sector público.
Las Comisiones Provinciales Los departamentos provinciales de los distintos Ministerios del Ecuador, entre otros el de Bienestar Social, el de Educación y Cultura, el de Salud y el de Trabajo. En el área de la educación se tienen varias escuelas. En el área de la salud, se cuenta con distintos hospitales que han destinado las unidades de rehabilitación para el servicio a este sector de la población. El MIES y sus Unidades del Programa de Atención Médico Solidario (PAMS)
Organizaciones Privadas.
Formadas de personas con discapacidad y que han sido creadas por ellas mismas:
Estas son:
La Federación Nacional de Sordos del Ecuador - FENASEC La Federación Nacional de Ciegos del Ecuador - FENCE La Federación Nacional de Ecuatorianos con Discapacidad Física - FENEDIF; La Federación Ecuatoriana Pro Atención a la Persona con Deficiencia Mental, Parálisis Cerebral, Autismo y Síndrome de Down -FEPAPDEM Federación Nacional de ONGs para la Discapacidad - FENODIS
El alto número de personas sin una atención adecuada, incluyendo a las que ni siquiera forman parte del registro nacional, hacen notar que aún queda mucho trabajo por hacer y soluciones por implementar
1.2 Introducción a las Tecnologías de cuidado de la salud y asistencia personal La tecnología da pasos agigantados día tras día y se ha convertido en una herramienta esencial en la vida del ser humano, su avance está ligado a la industria, la informática, robótica, medicina, y en general, a todos los aspectos que buscan una mejora en la sociedad. Los
Tabla 1 Evolución del concepto de discapacidad y su enfoque en la sociedad [5].
1.2.2 Tipos de discapacidad
La discapacidad puede ser clasificada en 3 grandes grupos:
Discapacidad Psíquica o intelectual: “ la discapacidad intelectual se caracteriza por limitaciones significativas en el funcionamiento intelectual y en la conducta adaptativa, expresada en habilidades conceptuales, sociales y prácticas, se origina antes de los 18 años ” [7]. Discapacidades Sensoriales: Relacionadas al sistema visual, oído, garganta y relaciones con el lenguaje [28].
Discapacidades físicas: Relacionadas con el cuerpo, miembros y órganos en general. Originadas en el sistema muscular, esquelético, nervioso, cardiovascular, respiratorio, digestivo, urogenital, neoplasias [28].
1.2.3 El Alzheimer
El Alzheimer, es una enfermedad degenerativa que va consumiendo el sistema nervioso por causas que aún son desconocidas. La única conclusión certera es que el mayor factor de riesgo es la edad, la poca actividad mental y física, y el padecimiento de hipertensión, diabetes, obesidad o depresión [2]. Las personas con esta enfermedad experimentan una regresión que los devuelve a un estado infantil. No sólo pierden la memoria reciente, sino que olvidan cosas como del diario vivir, como por ejemplo: confunden la ropa de invierno con la de verano, olvidan citas, no reconocen lugares y rostros; y en fases más avanzadas no tienen noción del peligro [2].
No existe hasta la fecha un tratamiento farmacológico para prevenir o tratar el Alzheimer, la única posibilidad es relentizar el proceso degenerativo, que puede extenderse hasta más de 20 años, a través de terapia cognitiva y social [2].
1.3 Tecnologías de asistencia personal
La robótica es una de las ramas de la tecnología que dan pasos cada vez más grandes, tanto a nivel industrial, automotriz y sobre todo al servicio y asistencia de la humanidad. En la actualidad existen ya robots asistentes, algunos todavía en estudio o que están siendo desarrollados. Uno de los principales inconvenientes de su comercialización es el alto costo, siendo este uno de los principales problemas a solucionar con el tiempo.
Entre las nuevas tecnologías de asistencia personal más avanzadas hasta la fecha se puede mencionar los siguientes robots:
Human Support Robot (HSR):
Creado en Japón por la empresa Toyota. Está diseñado para ayudar en tareas de casa, la apertura de las cortinas, y recoger objetos que han caído al suelo, gracias a su brazo, que posee seis grados de libertad más la pinza, con el cual puede levantar objetos pequeños que pesan 1,2 kilos. El HSR puede controlarse mediante una interfaz gráfica de usuario sencilla a través de tablet PC. También puede usar una tablet sobre su cabeza, lo que permitiría a los cuidadores y familiares comunicarse con el dueño del robot sobre los servicios de Skype o similares [11].
Diseñado para su uso en interiores, se mueve lo suficientemente lento como para ser inherentemente seguro, el robot se desplaza a una velocidad máxima de 1,8 kilómetros por hora. Puede superar obstáculos en el suelo de hasta 0,3 pulgadas (suficiente para atravesar de madera dura a la alfombra) y puede subir pendientes de hasta 5 grados. Posee un sensor ProSense y cámaras en su cabeza, lo que le permitiría percibir la profundidad e identificar visualmente personas y objetos [11].
Ubot
Diseñado y construido en el laboratorio de robótica de la Universidad de Massachusetts, su objetivo es convertirse en un asistente robótico personal completamente funcional, para apoyar a personas bajo diferentes escenarios. Las principales funciones que puede llevar a cabo este robot, se encuentran levantar cajas pesadas, alcanzar una botella de agua, y otro tipo de acciones cotidianas, enfocadas en la ayuda de adultos mayores [15].
Figura 2 Robot Ubot estructura general [13]
Huggable
Desarrollado en el MIT Media Lab por el PRG (Personal Robots Group). Es un tipo de compañero robot que está diseñado para estudios relacionados con la asistencia sanitaria, la educación, y las aplicaciones de comunicación social. El Huggable está diseñado para ser mucho más que una diversión ya que su objetivo es ser utilizado en la rehabilitación de niños con autismo o problemas de comunicación. Por lo tanto, el Huggable no está diseñado para sustituir a cualquier persona en particular en una red social, sino más bien para mejorar la red social humana [16].
Figura 3 Robot Huggable aspecto interno y externo [16]
Cabe mencionar que ninguno de estos robots nombrados anteriormente fue creado en Sudamérica, la mayoría son de origen asiático, o norteamericano, y a costos extremadamente altos.
1.4 El cuidado del adulto mayor
El envejecimiento de la población tiene una cercanía muy estrecha con las tendencias de la discapacidad. La relación es directa ya que el riesgo de discapacidad es más alto a una edad más avanzada, y las poblaciones nacionales están envejeciendo a un ritmo sin precedentes [17].
Se estima que al menos un 1% de la población mayor a 65 años está totalmente inmovilizado, un 6% padece severas limitaciones en las actividades de la vida diaria y hasta un 10% más presenta incapacidad moderada, disparándose las cifras por encima de los 80 años [8].
La población de adultos mayores forma parte fundamental de una nación. Se estima que en los países desarrollados, la población entre 45 a 64 años aumentará en un 26% y las personas mayores de 65 años tendrán un incremento del 71%. En contraste, con los países en desarrollo, el número de niños y adolescentes de menos de 15 años se incrementará en un 25%, mientras que el de adultos entre 45 a 59 años se incrementará en un 140%. Por lo tanto, se espera que la expectativa de vida sea alrededor de un 72.8 años a nivel mundial [18].
El envejecimiento es un proceso que implica cambios radicales e irreverentemente obligatorios, dichos cambios son físicos, estructurales, psicológicos e inclusive hasta funcionales, lo que obliga a la persona a regresar a una etapa donde su vida diaria depende de terceros. Dichos cambios por lo general van acompañados de negaciones y actitudes de rechazo a esta etapa de la vida [18].
1.4.1 La edad avanzada y la vejez
Dos términos que por lo general son confundidos son el envejecimiento o edad avanzada y la vejez.
El concepto de envejecimiento hace referencia al proceso gradual, adaptativo e individual. “Modificaciones morfológicas, fisiologías, bioquímicas y psicologías a la edad y al desgaste acumulado a lo largo de la historia del individuo en un ambiente determinado” [20].
En cambio, la vejez es la etapa del ciclo de vida después de la adultez, cuyo inicio lo establece la sociedad. En países en desarrollo se establece que la vejez se inicia a partir de los 60 años y en países desarrollados a partir de los 65 años [20].
Según la OMS pueden existir 3 tipos de envejecimiento [20]:
Envejecimiento exitoso: la ausencia o baja probabilidad de enfermedades y discapacidad relacionada a enfermedades Envejecimiento saludable: incluye el aprendizaje durante toda la vida, poder trabajar más tiempo, jubilarse más tarde tener una vida activa después de la jubilación Envejecimiento activo: depende de una diversidad de influencias o determinantes que rodean a las personas, las familias y la sociedad.
A su vez, también existe una clasificación de adultos mayores [20]:
