Brazo robótico controlado mediante señales EMG con integración a gemelo digital

Abstract

El presente trabajo de grado tuvo como propósito desarrollar un sistema de control para un brazo robótico antropomórfico a partir de señales electromiográficas (EMG), integrado con un gemelo digital desarrollado en Unity. La adquisición comprende ocho canales asociados con el hombro, brazo, codo, antebrazo y mano. En una primera etapa se adaptó y fabricó una placa experimental, basada en un amplificador de instrumentación AD620 con filtrado analógico y ajuste de offset; sin embargo, durante las pruebas se presentó un nivel de ruido e interferencia que impidió obtener señales suficientemente estables y repetibles para el control, por lo que la adquisición definitiva se resolvió con ocho módulos comerciales EMG, uno por canal, que amplifican, rectifican y suavizan la señal muscular. La salida acondicionada es adquirida por un microcontrolador ESP32-S3 programado en el entorno Arduino, que aplica una cadena de procesamiento de cinco etapas: remoción del componente continuo, rectificación, cálculo de la envolvente, normalización con zona muerta, mapeo a ángulo con limitación de velocidad y traducción de la intensidad de la contracción muscular en ángulos articulares. Cada canal cuenta con una calibración individual de sus umbrales, almacenada de forma permanente en la memoria flash del microcontrolador. El ángulo resultante se aplica de manera simultánea a los servomotores del brazo físico, cuyas piezas provienen de un modelo mecánico de código abierto que fue articulado y adaptado en Blender y fabricado por impresión 3D, y al gemelo digital, en el que las articulaciones se configuraron mediante componentes Articulation Body de tipo Revolute. Se desarrolló una interfaz para apoyar la calibración y el monitoreo de los canales estableciendo la comunicación entre el ESP32-S3 y el computador mediante un enlace serial a 115200 baudios. Los resultados evidencian que el sistema reproduce los movimientos de posicionamiento y agarre y los visualiza de forma sincronizada en el entorno virtual. En consecuencia, se demuestra la viabilidad de integrar el control mioeléctrico con un gemelo digital para la representación y supervisión de un brazo robótico.