Optimal Signal Processing for steady control of a robotic arm suppressing hand tremors for EOD applications

Abstract

La robótica teleoperada en los últimos años ha demostrado ser un valioso apoyo en tareas de EOD; una mejora notable en los sistemas que controlan estos robots han sido las Interfaces Naturales de Usuario (NUI); sin embargo, la investigación que implementa este tipo de sistemas no se centra en la estabilidad de los movimientos del brazo robótico, necesaria para este tipo de aplicaciones debido al peligro que supone trabajar con explosivos. En este trabajo, proponemos la implementación de un Procesamiento Óptimo de Señales para una interfaz NUI basada en el controlador Leap Motion (LM). El objetivo principal de esta investigación es identificar correctamente los movimientos intencionados del operador, conseguir una alta estabilidad de la pinza robótica y suprimir los temblores fisiológicos de la mano del operador, considerando no aumentar la carga de trabajo mental y no disminuir la usabilidad del sistema. El procesado de señal propuesto en este trabajo se compone de tres algoritmos de filtrado: Kalman, FIR y media móvil con umbral. Además, los resultados obtenidos se comparan con los procesamientos más representativos de investigaciones recientes que utilizan LM para el control de brazos robóticos. Para evaluar y validar el procesado de señal propuesto, se desarrolla un test de seguimiento de la trayectoria del objetivo, un análisis de estabilidad de la pinza robótica, y un análisis de rendimiento en la ejecución de tareas Pick and Place, cuestionarios NASA-TLX y SUS. Finalmente, el procesamiento óptimo de señal propuesto es implementado en el DOBOT-MAGICIAN y probado por policías de la Unidad EOD-Arequipa (UDEX-AQP); los resultados indican una reducción de la Vibración media del 31,61% y del error de Seguimiento de la Trayectoria del Objetivo del 67,57%.