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Brazo robótico controlado mediante señales EMG con integración a gemelo digital
| dc.rights.license | abierto | es_ES |
| dc.contributor.advisor | Matinez Herrera, David Leonardo | |
| dc.contributor.author | Castañeda Mansilla, Elian Mauricio | |
| dc.contributor.author | Pineda Sierra, Jaime Alberto | |
| dc.contributor.other | Linares Amador, Jhon Fredys | |
| dc.contributor.other | Gutiérrez, Cristhiam | |
| dc.contributor.other | Marin Alfonso, Jeison | |
| dc.coverage.spatial | Colombia | es_ES |
| dc.date.accessioned | 2026-10-14T21:40:10Z | |
| dc.date.available | 2026-10-14T21:40:10Z | |
| dc.identifier.citation | Brazo robótico controlado mediante señales EMG con integración a gemelo digital | es_ES |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.uts.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/25543 | |
| dc.description | Ingenieria Electronica | es_ES |
| dc.description.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. | es_ES |
| dc.description.sponsorship | UTS | es_ES |
| dc.description.tableofcontents | RESUMEN EJECUTIVO 14 INTRODUCCIÓN 15 1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 17 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17 1.2. JUSTIFICACIÓN 19 1.3. OBJETIVOS 20 1.3.1. OBJETIVO GENERAL 20 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 20 1.4. ESTADO DEL ARTE 21 2. MARCO REFERENCIAL 24 2.1. MARCO TEÓRICO 24 2.1.1. ARQUITECTURA Y DISEÑO DE MANIPULADORES ROBÓTICOS 24 2.1.2. ACCIONAMIENTO Y CONTROL DE MOVIMIENTO 25 2.1.3. ELECTROMIOGRAFÍA (EMG) Y ADQUISICIÓN DE BIOSEÑALES 27 2.1.4. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA SEÑAL EMG 29 2.1.5. GEMELOS DIGITALES PARA LA REPRESENTACIÓN Y MONITOREO DE SISTEMAS FÍSICOS 31 2.2. MARCO CONCEPTUAL 34 2.3. MARCO LEGAL 36 2.4. MARCO AMBIENTAL 36 3. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 37 4. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO 39 4.1. ARQUITECTURA GENERAL DEL SISTEMA 39 4.2. ADAPTACIÓN Y FABRICACIÓN DEL BRAZO ROBÓTICO 41 4.2.1. ORGANIZACIÓN DE PIEZAS Y DEFINICIÓN DE ARTICULACIONES 42 4.2.2. ESTABLECIMIENTO DE LA JERARQUÍA CINEMÁTICA 43 4.2.3. UBICACIÓN DE LOS ORÍGENES DE ROTACIÓN 45 4.2.4. EXPORTACIÓN AL FORMATO FBX 46 4.3. FABRICACIÓN DE LAS PIEZAS POR IMPRESIÓN 3D (FDM) 47 4.4. ENSAMBLE MECÁNICO DEL BRAZO 50 4.4.1. SOPORTE DEL BRAZO 51 4.4.2. ENSAMBLE DEL HOMBRO 52 4.4.3. ENSAMBLE DEL BRAZO 52 4.4.4. ENSAMBLE DEL CODO 53 4.4.5. ENSAMBLE DEL ANTEBRAZO 54 4.4.6. ENSAMBLE DE LA MANO Y LOS DEDOS 55 4.5. ADQUISICIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL EMG 57 4.5.1. DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA PLACA DE ACONDICIONAMIENTO EMG 57 4.5.2. SOLUCIÓN ADOPTADA: MÓDULOS COMERCIALES DE ADQUISICIÓN EMG 62 4.6. FIRMWARE DEL MICROCONTROLADOR ESP32-S3 65 4.6.1. CADENA DE PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL 66 4.6.2. CALIBRACIÓN POR CANAL Y ALMACENAMIENTO DE PARÁMETROS 68 4.6.3. PARÁMETROS DE CONFIGURACIÓN DEL FIRMWARE 69 4.6.4. ASIGNACIÓN DE CANALES, PINES Y ÁNGULOS 69 4.7. CONSTRUCCIÓN DEL GEMELO DIGITAL EN UNITY 71 4.7.1. IMPORTACIÓN DEL MODELO Y CORRECCIÓN DE LA ESCALA 72 4.7.2. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA FÍSICO MEDIANTE ARTICULATION BODY 73 4.7.3. ORIENTACIÓN DE LOS EJES DE GIRO 75 4.7.4. ESTABILIDAD DEL SISTEMA Y REFINAMIENTO FÍSICO 77 4.8. SCRIPTS DESARROLLADOS EN UNITY 78 4.8.1. CONTROLBRAZO.CS — CONTROL DE LAS ARTICULACIONES 79 4.8.2. CONECTORESP32.CS — COMUNICACIÓN Y MAPEO DE CANALES 79 4.8.3. ASISTENTECALIBRACION.CS — CALIBRACIÓN GUIADA 80 4.8.4. RESALTADORPIEZAS.CS Y CAMARAENFOQUE.CS — APOYO VISUAL 81 4.8.5. INTERFAZCALIBRACION.CS — CONSTRUCCIÓN DE LA INTERFAZ 81 4.8.6. UTSPRESENTACION.CS — PRESENTACIÓN Y SUPERVISIÓN DE LA INTERFAZ 81 4.9. COMUNICACIÓN EN TIEMPO REAL ENTRE EL ESP32 Y UNITY 82 4.10. INTERFAZ HMI Y ASISTENTE DE CALIBRACIÓN 84 4.10.1. ASISTENTE DE CALIBRACIÓN GUIADA 85 4.10.2. TABLERO DE MONITOREO EN TIEMPO REAL 86 4.11. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA Y DIFICULTADES TÉCNICAS 89 5. RESULTADOS 90 5.1. RESULTADOS DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA 90 5.2. RESULTADOS DE LA ADQUISICIÓN DE LAS SEÑALES EMG 91 5.3. RESULTADOS DEL PROCESAMIENTO Y CONTROL MEDIANTE EL ESP32-S3 91 5.4. RESULTADOS DEL ENTORNO VIRTUAL 92 5.5. RESULTADOS DE LA INTEGRACIÓN ENTRE EL BRAZO FÍSICO Y EL GEMELO DIGITAL 93 5.6. ANÁLISIS GENERAL DE LOS RESULTADOS 94 6. CONCLUSIONES 95 | es_ES |
| dc.language.iso | es | es_ES |
| dc.publisher | UTS | es_ES |
| dc.subject | señales EMG; gemelo digital; brazo robótico; control mioeléctrico; Unity. | es_ES |
| dc.title | Brazo robótico controlado mediante señales EMG con integración a gemelo digital | es_ES |
| dc.type | degree work | es_ES |
| dc.rights.holder | UTS | es_ES |
| dc.date.emitido | 2026-10-13 | |
| dc.dependencia | fcni | es_ES |
| dc.proceso.procesouts | investigacion | es_ES |
| dc.type.modalidad | proyecto_de_investigación | es_ES |
| dc.format.formato | es_ES | |
| dc.titulog | Ingeniero Electrónico | es_ES |
| dc.educationlevel | Profesional | es_ES |
| dc.contibutor.evaluator | evaluador | es_ES |
| dc.date.aprobacion | 2026-10-02 | |
| dc.description.programaacademico | Ingeniería Electrónica | es_ES |
| dc.dependencia.region | bucaramanga | es_ES |
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