Resumen
Gracias a los avances tecnológicos la gente con capacidades especiales han podido tener una vida mucho más cómoda y simple de llevarla día a día. Por medio de este documentos de dará a conocer una forma en la que las personas sordomudas pueden comunicarse con las personas que no pueden interpretar el lenguaje de señas que ellos emiten. El Guante traductor de Lenguaje sordomudo a voz es uno de los inventos que facilitará de gran manera este problema de comunicación de las personas con capacidades especiales.
PALABRAS CLAVE: Sensor Bend, Galgas Extensiométrica, Acelerómetro.
Introducción
Es muy común ver a personas con capacidades especiales, muy pocas tienen la dificultad de oír y hablar, la tecnología se ha desarrollado para la parte de la medicina y sobre todo para las personas que sufren este tipo de situaciones; la necesidad del lenguaje de señas ha sido desarrollado por las personas sordomudas pero ellas no pueden comunicarse con facilidad con las personas que no conocen este tipo de lenguaje, por lo que se ha desarrollado un guante que traduce el lenguaje de señas a una voz que proyecta lo que la persona necesita decir.
Marco teórico
ANATOMIA DE LA MANO HUMANA
Las manos constituyen parte de nuestras extremidades de nuestro cuerpo humano, siendo el cuarto segmento del miembro superior o torácico. Se localiza en los extremos de los antebrazos, son prensiles y tienen cinco dedos cada una. Abarcan desde la muñeca hasta la punta de los dedos en los seres humanos. [1]
Las tres partes que conforman la mano humana son las siguientes:
El carpo que está formado por 8 huesos que forman la muñeca.
El metacarpo formado por cinco huesos metacarpianos.
Las falanges o dedos que tienen 3 huesos cada uno de ellos a excepción
del dedo pulgar que solo tiene falange proximal y falange distal que consta
de 14 huesos.
Figura 1. Anatomía de la mano humana. [2]
TIPOS DE SENSORES
BEND SENSOR
El Bend Sensor son esencialmente resistores que cambian su valor dependiendo
de la cantidad de flexión que se le aplica a la resistencia. Cuando no
están curvados su resistencia es aproximadamente 10K y al flexionarse
completamente la resistencia sube hasta 20K aproximadamente. Se puede usar una
entrada análoga en un Microcontrolador con una resistencia de pull-up
o un ingreso digital con una capacitancia para temporización de ancho
de pulso mediante la Resistencia y el Capacitor. [3] [4]
Figura 2. Bend Sensor. [5]
Figura 3. Circuito interno de un Bend Sensor. [4]
A partir de este circuito podemos obtener la ecuación para encontrar el voltaje de salida:
(2)
Los acelerómetros que usa interfaz analógica envían una señal de voltaje proporcional a la aceleración en cada eje, por consecuencia más fáciles de usar que los Digitales. [10]
Los acelerómetros con interfaz Digital se comunican a través de protocolos de comunicación SPI o I2C, es mucho más eficaz y menos propenso al ruido que se genera con la interfaz Analógica. [11]
Los acelerómetros con señal Modulada en ancho de pulso (PWM) generan una señal de onda cuadrada, pero en unos de sus ciclos de trabajo varía con el cambio en la aceleración. [12] [13]
GALGAS EXTENSIOMETRICAS
Las galgas extensiométricas son sensores cuya resistencia cambia o varía con la fuerza aplicada a la misma; convierte la fuerza, presión, tensión, peso, etc., en un cambio de la resistencia eléctrica el cual puede ser medido. [6]
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
Cuando se emplea una fuerza externa a un objeto fijo, se produce una
tensión y estrés en el sensor. El estrés se caracteriza
por las fuerzas internas que recibe un objeto, y la tensión se define
como el desplazamiento y la deformación que se producen en los mismos.
[6] [7]
Figura 4. Galgas extensiométricas. [6]
ACELEROMETRO
El acelerómetro es un elemento o dispositivo electromecánico que sirve para medir las fuerzas de aceleración que se producen ya sean estas Estáticas o Dinámicas. [8]
Son usados por lo general para activar sistemas de protección en automóviles, dispositivos electrónicos para registrar la actividad de las personas como aplicación en los dispositivos móviles. [9]
Los acelerómetros se conforman por capas capacitivas internamente, ya sea que estén completamente fijas o que contengan pequeños resortes; entonces cuando se le aplica una pequeña fuerza al sensor las placas se juntan internamente ocasionando que el valor de la capacitancia cambie y a partir de estos cambios es como se determina la aceleración. [9] [10]
Figura 5. Acelerómetro. [14]
SENSOR LINEAL DE POSICION
El Sensor Lineal de Posición o LVDT es un dispositivo de sensado de posición que genera una señal de voltaje de salida en Corriente Alterna (CA) igual al desplazamiento que tiene su núcleo que pasa por sus enrollamientos. [15] [16]
Los LVDT generan una salida para pequeños desplazamientos mientras el núcleo esté dentro del bobinado primario. [15]
Figura 6. Estructura de un sensor lineal de posición. [15]
PRINCIPIO DE OPERACIÓN:
Un LVDT es similar a un transformador común, está constituido por un bobinado secundario y un núcleo magnético. La señal alterna es aplicada en el bobinado primario. [17]
La corriente alterna en el bobinado primario produce un campo magnético que varía alrededor del núcleo del transformador. Este campo magnético provoca un voltaje alterno (CA) en el bobinado secundario que se encuentra próximo al núcleo. [18]
El voltaje de la señal incitada en el bobinado secundario es una correlación lineal de la cantidad de espiras. Su relación es:
(2)
Donde:
Vout es la tensión de salida.
Vin es la tensión de ingreso.
Nout es el número de espiras de bobinado secundario.
Nin es el número de espiras del bobinado primario.
Como el núcleo se mueve, la cantidad de espiras presentadas en el bobinado cambia en su forma ideal. Consecuentemente la amplitud de la señal inducida cambiará linealmente con el desplazamiento. [18]
SENSOR FLEXIBLE
Los Sensores Flexibles tienen la característica de que al ser estos flexionados cambian su resistencia eléctrica entres sus terminales del sensor. [19]
Son transductores pasivos, lo que significa que necesitan una polarización para poder cambiar un tipo de energía en otra. [20]
El sensor al ser impreso por uno de sus lados con tinta de cierto polímero el cual posee partículas conductoras que por lo general su resistencia aproximadamente es de 10K?. [20]
Cuando el sensor permanece comprimido y lejos de la tinta, las partículas conductoras se separan aumentando así el valor de la resistencia la cual su valor está alrededor de los 40K?. [20]
Cuando el sensor está en su forma original (enderezado), su resistencia vuelve también a su valor original. Esto se puede comprobar mediante la medición de los sensores en las distintas posiciones mencionadas. [20]
Figura 7. Partículas conductoras agrupadas. [21]
Figura 8. Partículas conductoras separadas. [21]
Diseño de hardware
DESCRIPCION GENERAL
El guante se conforma por lo general y para una mayor exactitud de 8 sensores: dedo pulgar, meñique y dos en cada dedo restante los cuales cambian su estado cuando el valor del voltaje este en 2V, esto cuando esté el guante completamente extendido; llega hasta los 3.15V cuando el guante esté completamente cerrado (posición de puño), con las señales de voltaje obtenidas a través de las posiciones del guante las enviamos a un puerto fijo y configurado como la entrada analógica que tengamos en el Microcontrolador.
En el Microcontrolador (PIC) se realiza la debida programación para conseguir los voltajes referenciados en un rango binario preestablecido que va desde 0 – 1024 bits, dicho proceso se ejecuta con el fin de obtener un rango grande de datos para que el guante pueda ser entrenado.
La comunicación se realiza a través de un módulo con comunicación USB entre el PIC en donde se realiza la programación y el computador donde se ha realizado el software.
El guante se diseña por lo general para un tamaño de mano determinada ya que al no ser el porte debido de la mano con el guante existen errores al momento de captar las señales que este emite.
PARAMETROS DEL GUANTE TRADUCTOR
Para obtener un diseño especial y bien ejecutado se debe tener muchas consideraciones al momento de realizarlo ya que por más pequeñas que sean estas consideraciones en una ingeniería como tal los valores con los que se trabajan tienen un rango de error muy bajo y por eso se debe tomar en cuenta las siguientes cosas:
Colocar los sensores en los lugares más representativos de los ángulos de los dedos.
Cerciorar la inmovilidad de los sensores.
Proteger los sensores de rozamientos con los dedos colocándolos entre un forro y el guante.
Colocar un bus de datos maleable para la facilidad de conexión con el guante y la tarjeta de adquisición de datos.
Asegurarse que el terminal del bus de datos se pueda conectar y desconectar de la tarjeta de adquisición de datos y del guante con facilidad.
Conclusiones
Todos los seres humanos nacemos con un propósito de ayudar a las demás personas que la necesitan es una virtud que siempre la vamos a llevar con nosotros siempre y que mejor si se puede implementar los conocimientos y destrezas tecnológicas adquiridas en nuestra vida académica al servicio de las personas.
El prototipo analizado y mencionado a través de este proyecto es muy fácil para el usuario manejarlo ya que debido a su diseño se puede manipular y conectar de manera muy sencilla.
Este prototipo ha generado una gran idea base para que futuras generaciones y futuros avances tecnológicos la vayan perfeccionando y con ello hacerla mucho más eficiente para las personas que tienen esta capacidad diferente.
Con este proyecto se espera que muchas personas se motiven a realizar proyectos no tanto lucrativos sino que tengan un significado y un valor para la sociedad ya que el propósito de todo esto es servir con nuestros conocimientos a la comunidad.
All human beings are born with a purpose to help other people who need it is a virtue that we are always going to carry with us always and that better if you can implement the knowledge and technological skills acquired in our academic life at the service of the people.
The prototype analyzed and mentioned through this project is very easy for the user to handle it because due to its design can be manipulated and connected very easily.
This prototype has generated a great idea base for future generations and future technological advances to improve it and thereby make it much more efficient for people who have this different capacity.
With this project it is expected that many people will be motivated to carry out projects that are not so lucrative but that have a meaning and value for the society since the purpose of all this is to serve with our knowledge to the community.
Referencias
[1] A. Virtual, «Amici Virtual,» [En línea]. Available: http://www.amicivirtual.com.ar/Anatomia/11MucaMano. pdf. [Último acceso: 20 01 2017].
[2] FisioActividad, «FisioActividad,» [En línea]. Available: http://fisioactividad.blogspot.com/2013/01/complejo- articular-de-la-muneca-y-mano.html. [Último acceso: 10 01 2017].
[3] FlexPoint. [En línea]. Available: http://www.flexpoint.com/technicalDataSheets/electroni cDesignGuide.pdf. [Último acceso: 10 01 2017].
[4] Sparkfun, «Sparkfun,» [En línea]. Available: https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Flex/flex 22.pdf. [Último acceso: 12 01 2017].
[5] Spark, «Spark,» [En línea]. Available: https://www.sparkfun.com/products/10264. [Último acceso: 10 01 2017].
[6] Omega, «Omega,» [En línea]. Available: http://es.omega.com/prodinfo/galgas- extensiometricas.html. [Último acceso: 10 01 2017].
[7] HBM, «HBM,» [En línea]. Available: https://www.hbm.com/es/0014/galgas- extensometricas/. [Último acceso: 10 01 2017].
[8] Sensing, «Sensing,» [En línea]. Available: http://www.sensores-de- medida.es/sensing_sl/SENSORES-Y- TRANSDUCTORES_35/Aceler%C3%B3metros— Sensores-de-aceleraci%C3%B3n_49/. [Último acceso: 10 01 2017].
[9] E. Estudio, «Electrónica Estudio,» [En línea]. Available: http://www.electronicaestudio.com/docs/SHT- 004_info.pdf. [Último acceso: 10 01 2017].
[10] E. P. d. Sevilla, «Escuela Politécnica de Sevilla,» [En línea]. Available:
http://www.tav.net/transductores/acelerometros- sensores-piezoelectricos.pdf.
[Último acceso: 11 01 2017].
[11] DSpace, «Dspace,» [En línea]. Available: https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/ 14641/1/presentaci%C3%B3n%20aceler%C3%B3metr o.pdf. [Último acceso: 11 01 2017].
[12] 5Hertz, «5Hertz,» [En línea]. Available: http://5hertz.com/tutoriales/?p=228. [Último acceso: 11 01 2017].
[13] Udlap, «Udlap,» [En línea]. Available: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lmt/g onzalez_r_ja/capitulo3.pdf. [Último acceso: 11 01 2017].
[14] GoldFire, «GoldFire,» [En línea]. Available: http://www.coldfire- electronica.com/esp/item/154/55/acelerometro- giroscopio-6-dof-imu-gy-521-mpu-6050. [Último acceso: 11 01 2017].
[15] FRC, «FRC,» [En línea]. Available: http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/LVDT/l vdt.pdf. [Último acceso: 12 01 2017].
[16] Guesima, «Guesima,» [En línea]. Available: http://www.guemisa.com/articul/pdf/ttdd.pdf. [Último acceso: 12 01 2017].
[17] OCW, «OCW,» [En línea]. Available: http://ocw.uc3m.es/tecnologia- electronica/instrumentacion-electronica-i/material-de- clase-1/Tema7.pdf. [Último acceso: 12 01 2017].
[18] ISA, «ISA,» [En línea]. Available: http://www.isa.cie.uva.es/~maria/sensores.pdf. [Último acceso: 12 01 2017].
[19] Idetechex, «Idetechex,» [En línea]. Available: http://www.idtechex.com/research/reports/printed-and- flexible-sensors-2017-2027-technologies-players- forecasts-000504.asp. [Último acceso: 13 01 2017].
[20] TAV, «TAV,» [En línea]. Available: http://www.tav.net/transductores/transductores-02.pdf. [Último acceso: 13 01 2017].
[21] Maginvent, «Maginvent,» [En línea]. Available: http://www.maginvent.org/articles/pidht/pidtoot/Interacci on_y_Sensores.html. [Último acceso: 13 01 2017].
BIOGRAFIA
Gabriel Ricardo Solano Sánchez, nacido en Cuenca un 07 de mayo de 1995, de edad 21 años, cursó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico Salesiano como Bachiller Técnico en Instalaciones, Equipos y Máquinas Eléctricas, actualmente estudia en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca cursando el quinto ciclo de la Carrera de Ingeniería Electrónica.
Javier Esteban Jara Jimbo, nacido en Cuenca un 30 de octubre de 1995, de edad 21 años, cursó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico Salesiano como Bachiller Técnico en Mecatrónica y actualmente estudia en la Universidad Politécnica Salesiana cursando el quinto ciclo de la Carrera de Ingeniería Electrónica.
Autor:
Gabriel Ricardo Solano Sánchez
Javier Esteban Jara Jimbo