Abreviaturas........................................................................................................19

Introducción.......................................................................................................21

1. Fundamentación teórica para la instrumentación, modelado y técnicas de control..............................................................................................25

1.1 Conceptos generales................................................................................................ 25

1.1.1 Desviación estándar.............................................................................25

1.1.2 Instrumentación electrónica................................................................25

1.1.3 Función de transferencia......................................................................26

1.1.4 Planta..................................................................................................26

1.1.5 Sistema................................................................................................26

1.1.6 Sistema de control realimentado..........................................................27

1.1.7 Representación en el espacio de estados...............................................27

1.1.8 Control clásico....................................................................................27

1.1.9 Control moderno................................................................................28

1.1.10 Control inteligente..............................................................................29

1.1.11 Sistemas MicroElectroMecánicos (MEMS)..........................................30

1.1.12 Ángulos Euler para el procesamiento de los movimientos de la cabeza.......30

1.1.13 Filtro...................................................................................................32

1.1.14 Filtrado digital.....................................................................................33

1.1.15 Control automático.............................................................................33

1.1.16 Control Proporcional-Derivativo PD...................................................35

1.1.17 Modelo difuso Takagi-Sugeno.............................................................37

1.1.18 Protocolo de datagrama de usuario......................................................39

1.1.19 Escala de Usabilidad del Sistema (EUS)...............................................40

1.2 Estado del arte acerca de sistemas de control de orientación................................... 41

2. Metodología para el diseño e implementación de controladores digitales....45

2.1 Identificación mediante una revisión sistemática de la literatura los tipos de controladores digitales principales que usan Unidades de Medición Inercial Magnéticas (IMU) y que utilicen los movimientos de la cabeza para el control de sillas de ruedas eléctricas.............................................................. 45

2.2 Instrumentación y modelado del prototipo de simulación de la silla de ruedas, estableciendo el principio para el diseño del controlador............................ 45

2.3 Diseño e implementación del controlador digital teniendo en cuenta la estrategia o técnica seleccionada mediante la revisión inicial, utilizando un lenguaje de programación de alto nivel y desplegado en el hardware específico diseñado para el proyecto........................................................................ 46

2.4 Evaluación del rendimiento del sistema controlado mediante un plan de pruebas de laboratorio que compruebe las características de diseño y ejecución realizadas.................................................................................................. 47

3. Resultados de la investigación........................................................................49

3.1 Instrumentación electrónica del prototipo y configuración del sistema

de captura de movimiento....................................................................................... 49

3.1.1 Instrumentación del prototipo de simulación de silla de ruedas en cuanto al hardware del sistema.............................................49

3.1.2 Instrumentación del prototipo de simulación de silla de ruedas en cuanto al software del sistema..............................................63

3.1.3 Configuración del sistema de captura de movimiento..........................69

3.2 Modelado teórico e identificación del sistema mediante el modelo paramétrico del motor DC...................................................................................... 71

3.2.1 Fundamentación teórica para diseño del modelo matemático..............72

3.2.2 Modelo matemático del prototipo de silla de ruedas............................74

3.2.3 Identificación del sistema con el modelo paramétrico del motor DC...79

3.3 Diseño e implementación de los controladores de posición, velocidad y

orientación para el prototipo de simulación de silla de ruedas................................ 84

3.3.1 Control manual mediante el uso de una interfaz gráfica.......................84

3.3.2 Control clásico y difuso de posición....................................................90

3.3.3 Control difuso de velocidad...............................................................101

3.3.4 Control difuso de orientación con velocidad constante......................103

3.3.5 Control difuso de orientación con velocidad variable.........................107

3.3.6 Control de orientación a velocidad constante con sistema de seguridad...........................................................................................109

3.4 Evaluación y validación del sistema.......................................................................110

3.4.1 Elaboración del protocolo de pruebas del controlador electrónico.....110

3.4.2 Validación del protocolo de pruebas del controlador electrónico........111

3.4.3 Elaboración del protocolo de pruebas para ser implementado por participantes................................................................................114

3.4.4 Validación del protocolo de pruebas para ser implementado por participantes................................................................................115

4. Discusión......................................................................................................121

4.1 Respuesta del sistema electrónico..........................................................................121

4.1.1 Control de posición...........................................................................121

4.1.2 Control de velocidad.........................................................................122

4.1.3 Control de orientación......................................................................123

4.2 Experiencia de usuario...........................................................................................125

5. Conclusiones.................................................................................................127

Referencias........................................................................................................129

Filtros

Control digital de orientación posición y velocidad basado en movimientos de la cabeza para un prototipo de simulación de silla de ruedas