Haptically-coupled devicesStability analysis and application to drive-by- wire systems

Resumen

Los dispositivos hápticos permiten al usuario interactuar con un entorno concreto por medio del sentido del tacto. Este entorno puede ser una escena virtual o incluso un entorno remoto. En una frase, un dispositivo háptico es un sistema mecatrónico que permite una interacción bidireccional entre el humano y la máquina y en el que se produce una restitución de fuerza al usuario. La tenconología háptica está todavía en sus primeros niveles de desarrollo si nos fijamos en la enorme cantidad de posibilidades que actualmente ofrece y que puede ofrecer en un futuro próximo. Posibles aplicaciones de esta tecnología son los smartphones, las industrias del automóvil y aeronáuticas y aplicaciones médicas como la cirugía o la rehabilitación de pacientes. La presente tesis investiga y proporciona soluciones en dos áreas distintas de la háptica: el problema de la estabilidad y la tecnología drive-by-wire. Por un lado, se ha llevado a cabo un estudio de algunos de los factores que afectan a la región-Z del sistema. Por otra parte, se ha aplicado la tecnología háptica a una aplicación real muy prometedora en el ámbito de la automoción: los sistemas drive-by-wire. Un aspecto clave de los sistemas hápticos es que el usuario y el dispositivo mecatrónico están en el mismo espacio de trabajo. Este hecho conlleva a unos requisitos de estabilidad más restrictivos que otras aplicaciones robóticas más comunes en las que las máquinas están aisladas en un espacio restringido. Por esta razón, el estudio de la estabilidad adquiere una importancia especial. En primer lugar se propone una metodología para el estudio teórico de cualquier dispositivo háptico, así como una herramienta que ha sido desarrollada parafacilitar y hacer más intuitivo este proceso. Posteriormente se ha estudiado la influencia de dos de los factores que afectan al tamaño y a la forma de la región-Z, los modos de vibración del interfaz y los retrasos temporales. La tecnología drive-by-wire se lleva usando durante décadas en el sector aeronáutico pero su aplicación a los vehículos terrestres lleva un ritmo mucho menor. Se han llevado a cabo distintos intentos por parte de los fabricantes para equipar a los vehículos con esta tecnología pero se espera que el establecimiento definitivo de esos sistemas llegue con los vehículos eléctricos. Las ventajas que que aportan estos sistemas en términos de peso, coste de los materiales y sistemas de seguridad son cuantiosas. La segunda parte de esta tesis se enfoca en un dispositivo háptico desarrollado en el CEIT para aplicaciones drive-by-wire. Este dispositivo junta en un único aparato que puede ser manejado con una sola mano todas las funciones necesarias para la conducción de un vehículo. Una segunda versión de este sistema de conducción ha sido desarrollado combinando dos de estos dispositivos mediante un acoplamiento virtual para una conducción más cómoda y segura. Por último, se han realizado una serie de experimentos con usuarios para una validación preliminar de ambos sistemas