Integración de una suite de sensores para potenciar la autonomía del manipulador robótico MaxArm dentro del ecosistema Robotat

Abstract

El presente trabajo se centró en la integración de un manipulador robótico MaxArm dentro del ecosistema Robotat, utilizando una suite de sensores que incluyó sensores para medir distancia, sonido, luz, color y presión táctil. La integración requirió un enfoque multidisciplinario que abarcó tanto el diseño de hardware como el desarrollo de software, asegurando una comunicación eficiente y precisa entre el manipulador y el ecosistema. Para lograr la comunicación inalámbrica, se implementó una conexión basada en el protocolo TCP/IP, utilizando un módulo ESP32 como servidor, y un software de control desarrollado en MATLAB como cliente. Este software incluyó una interfaz gráfica diseñada en MATLAB App Designer, que permitió al usuario interactuar con el sistema de manera intuitiva. Las funcionalidades de la interfaz incluyeron la selección de sensores, monitoreo en tiempo real, visualización de datos en gráficas dinámicas. El proceso de calibración de los sensores se diseñó cuidadosamente para garantizar mediciones precisas y confiables. Se aplicaron técnicas como regresión polinómica, para el sensor de distancia, ajustes de umbrales, para el sensor de color, categorización de niveles, para el sensor de sonido, entre otras. Estas calibraciones redujeron signifi- cativamente los errores en las mediciones, destacando un error máximo de 3.15 % en el sensor de distancia y una precisión del 90 % en la identificación de colores básicos bajo condiciones de iluminación controlada. Los resultados obtenidos validaron la efectividad del sistema integrado, destacando su capacidad para realizar tareas de monitoreo, clasificación y control en tiempo real. Las pruebas operativas mostraron que el manipulador robótico, en conjunto con los sensores calibrados y el software de control, cumplió con los objetivos planteados al inicio del proyecto. Además, se identificaron áreas de mejora, como la sensibilidad del sensor de color al ambiente lumínico o la perdida de datos con el sensor de distancia, que servirán como base para futuros desarrollos. Este proyecto representa una contribución significativa en la integración de sistemas robóticos dentro de entornos avanzados como el Robotat, ofreciendo una plataforma modular y escalable para la investigación y aplicaciones en robótica. Los avances logrados sientan las bases para la implementación de manipuladores robóticos en tareas industriales, educativas y de investigación, y abren nuevas oportunidades para la mejora de tecnologías existentes en el campo de la automatización.

The present work focused on integrating a MaxArm robotic manipulator within the Robotat ecosystem, using a suite of sensors that included devices for measuring distance, sound, light, color, and tactile pressure. The integration required a multidisciplinary approach encompassing both hardware design and software development, ensuring eficient and precise communication between the manipulator and the ecosystem. To achieve wireless communication, a connection based on the TCP/IP protocol was implemented, using an ESP32 module as the server and a control software developed in MATLAB as the client. This software included a graphical interface designed in MATLAB App Designer, allowing users to interact with the system intuitively. The interface functionalities included sensor selection, real-time monitoring, and data visualization through dynamic graphs. The sensor calibration process was carefully designed to ensure accurate and reliable measurements. Techniques such as polynomial regression for the distance sensor, threshold adjustments for the color sensor, and level categorization for the sound sensor, among others, were applied. These calibrations significantly reduced measurement errors, achieving a maximum error of 3.15 The results obtained validated the efectiveness of the integrated system, highlighting its ability to perform real-time monitoring, classification, and control tasks. Operational tests demonstrated that the robotic manipulator, together with the calibrated sensors and control software, met the objectives set at the beginning of the project. Additionally, areas for improvement were identi ed, such as the color sensor's sensitivity to ambient light or data loss with the distance sensor, which will serve as a foundation for future developments. This project represents a significant contribution to the integration of robotic systems within advanced environments like Robotat, ofering a modular and scalable platform for research and applications in robotics. The achievements lay the groundwork for the implementation of robotic manipulators in industrial, educational, research tasks, opening new opportunities to improve existing technologies in the field of automation.