Representantes de las universidades de la Red LACAR
Prof. José Antonio Baca García, Texas A&M University Corpus Christi, Estados Unidos.
Prof. Aníbal Alexandre Campos Bonilla, Universidade do Estado de Santa Catarina, Brasil.
Prof. Pedro Fabián Cárdenas, Universidad Nacional de Colombia, Colombia.
Prof. Manuel Napoleón Cardona Gutiérrez, Universidad Don Bosco, El Salvador.
Prof. Isela Guadalupe Carrera Calderón, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Prof. Ignacio Chang, Universidad Tecnológica de Panamá, Panamá.
Prof. Alexánder Martínez Álvarez, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
Prof. Carol Viviana Martínez Luna, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia.
Prof. Héctor Alonso Moreno Ávalos, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Prof. César Augusto Peña Cortés, Universidad de Pamplona, Colombia.
Prof. Julio César Tafur Sotelo, Pontificia Universidad Católica del Perú, Perú.
Comité científico del LACAR2019
Dra. Cecilia E. García Cena, Universidad Politécnica de Madrid, España.
Dr. Jesús Aureliano Esquivel Cárdenas, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dr. Mario Alberto García Murillo, Universidad de Guanajuato, México.
Dr. José Alfonso Pámanes García, Instituto Tecnológico de la Laguna, México.
Dr. Ismael Calderón Ramos, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dr. Víctor Samuel De León Gómez, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dr. Miguel Ángel Olivares Méndez, Université du Luxembourg, Luxemburgo.
M.Sc. Jorge Adrián Osuna González, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dr. Lisandro J. Puglisi, Universidad Internacional de La Rioja, España.
Dr. Sixtos Antonio Arreola Villa, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dr. Rumualdo Servín Castañeda, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Dra. Rafaela Villalpando Hernández, Tecnológico de Monterrey, México.
Dr. Rodrigo Trentini, Instituto Federal de Santa Catarina, Jaraguá do Sul, Santa Catarina, Brasil.
M.Sc. Eliseo Cortés Torres, Whirlpool Corporation, Rio Claro, São Paulo, Brasil.
M.Sc. Yuri Daniel Moratelli, Unochapecó, Chapecó, Santa Catarina, Brasil.
M.Sc. Neider Nadid Romero Núñez, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil.
Dra. Sandra Esperanza Nope Rodríguez, Universidad del Valle, Cali, Colombia.
Dr. José Isidro García Melo, Universidad del Valle, Cali, Colombia.
Dra. Carol Viviana Martínez Luna, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia.
Dr. Jorge Finke Ortiz, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
M.Sc. Manuel Vicente Valencia Díaz, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
M.Sc. Carlos Alberto Lozano Espinosa, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
M.Sc. Juan David Contreras, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
Comisión local del LACAR2019
Prof. Alexánder Martínez Álvarez.
Prof. Juan David Contreras Pérez.
Prof. Manuel Vicente Valencia Díaz.
Prof. Carlos Alberto Lozano Espinosa.
Ing. Adriana Manrique.
Comité Editorial
Prof. Alexánder Martínez Álvarez, Pontificia Universidad Javeriana Cali, Colombia.
Prof. Isela Guadalupe Carrera Calderón, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Prof. Héctor Alonso Moreno Ávalos, Universidad Autónoma de Coahuila, México.
Prof. José Antonio Baca García, Texas A&M University Corpus Christi, Estados Unidos.
Prof. Aníbal Alexandre Campos Bonilla, Universidade do Estado de Santa Catarina, Brasil.
Agradecimientos
El Comité organizador del Segundo Congreso Latinoamericano de Automática y Robótica, LACAR2019, agradece a todas las personas y entidades que apoyaron e hicieron posible este proyecto. De manera particular, expresamos nuestro agradecimiento:
A los investigadores, profesores y estudiantes que sometieron sus trabajos a consideración del congreso, demostrando la confianza puesta en él.
A los revisores de los trabajos presentados, por el tiempo dedicado a esta labor y su compromiso con la calidad científica de nuestro congreso.
A los conferencistas: Dr. Andrés Jaramillo Botero, Dr. Julián Colorado Montaño, Dr. Mario Arbulú Saavedra, Dr. Alexandre Campos Bonilla, Dr. Héctor Moreno Ávalos, Dr. José Baca García y Dr. Manuel Cardona Gutiérrez; por su generosa contribución académica.
Al grupo de universidades organizadoras y a sus representantes por la participación, la divulgación y el respaldo académico.
Al ICETEX por la financiación de invitados internacionales, a través del programa Fellows Colombia.
A la ingeniera Adriana Manrique y todo el grupo de monitores que se encargaron de que la logística del evento fuera exitosa.
A los directivos y el personal administrativo de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, por su compromiso y generosidad con todos los asuntos relativos a la gestión del congreso.
Presentación
El Congreso Latinoamericano de Automática y Robótica (o Latin American Congress on Automation and Robotics - LACAR) nace como una iniciativa de la Red Latinoamericana de Control Automático y Robótica (Red LACAR), con el objetivo de reunir a profesionales y académicos de estas especialidades, de manera que puedan conocer y establecer contacto con sus pares en diferentes países para compartir sus logros, experiencias e investigaciones; abriendo también la posibilidad de establecer convenios de cooperación y potenciando el desarrollo de la especialidad en nuestras respectivas instituciones y países.
La Pontificia Universidad Javeriana de Cali fue la anfitriona del II Congreso Latinoamericano de Automática y Robótica (LACAR2019), evento en el cual se exploraron y discutieron los temas sobre los que se ha estado investigando a nivel latinoamericano en robótica, automatización y control; así como su interacción con otros campos del saber, sus limitaciones y los desafíos actuales. El congreso contó con sesiones plenarias, sesiones técnicas, talleres y algunos espacios que abrieron la oportunidad de compartir experiencias, discutir nuevas ideas y crear oportunidades de colaboración con colegas de la academia y la industria.
En medio de este panorama, la presente publicación compila los trabajos que fueron aceptados para su presentación en el congreso, después de haber cumplido con los requisitos de admisión verificados por pares evaluadores provenientes de reconocidas entidades de educación superior, asentadas en diferentes países iberoamericanos. En ese sentido, el objetivo principal de este libro es la divulgación de todo el conocimiento generosamente compartido por los investigadores y desarrolladores de tecnología que se dieron cita en este encuentro académico, así como ser un punto de apoyo para continuar fortaleciendo el desarrollo de la Red LACAR. Además, con el fin de favorecer y dar cabida a la participación de los diferentes países en este encuentro, la recepción de trabajos estuvo abierta en tres idiomas: español, portugués e inglés. Esta es la razón por la que en esta obra aparecen artículos escritos en diferentes idiomas.
El contenido del libro se encuentra dividido en dos secciones, que agrupan los diferentes trabajos en sintonía con los criterios y directrices emitidos por el Comité Organizador del congreso. En la primera sección, se encuentran los trabajos que muestran algunos de los resultados obtenidos en diferentes proyectos de investigación y desarrollo tecnológico, realizados por los diferentes grupos de investigación en las universidades latinoamericanas. La variedad de temáticas fue suficientemente amplia y no fue fácil definir una estrategia de agrupación, por lo que dichos trabajos aparecen en un orden alfabético del primer autor, respondiendo más a la practicidad para la identificación de sus autores que a una aglutinación en torno a una temática específica. Algunos de los trabajos están relacionados con aplicaciones de la automática y la robótica en la agricultura, mientras que otros tienen una orientación hacia las aplicaciones en la enseñanza y el aprendizaje de estas áreas del conocimiento; además, los hay relacionados con la aplicación de estas teorías en ambientes industriales.
La segunda sección del libro está dedicada principalmente a aquellos trabajos que en el momento de su presentación se encontraban en desarrollo y a los que el Comité Organizador quiso abrir un espacio para divulgar sus resultados preliminares, buscando, entre otras cosas, un intercambio de ideas que pudiera nutrir tanto a los espectadores como a los expositores. En esta sección se encuentran trabajos relacionados con aplicaciones industriales y, en mayor número, aquellos que se relacionan con aplicaciones en el campo de la ingeniería biomédica.
Adicionalmente, el Comité Editor del congreso consideró pertinente proponer a los autores de algunos trabajos seleccionados una ampliación de su contenido, para su publicación en la segunda edición del libro Advances in Automation and Robotics Research, que se ha convertido en uno de los logros de la Red LACAR. En esta edición del Congreso LACAR se abrió también la posibilidad de que los mejores trabajos fueran seleccionados para ser publicados en la revista Springer Nature Applied Sciences. Así, para brindar una mayor cobertura sobre los contenidos presentados en el congreso, la introducción de este libro hace un recuento de los trabajos realizados en diferentes universidades de todo el continente, presentados en LACAR2019.
Finalmente, en nombre del Comité Organizador del Congreso LACAR y de la Red LACAR, agradezco enormemente la confianza depositada y la aceptación que hemos tenido por parte de nuestros colegas de todo el continente; esperamos continuar con esta labor de cooperación que fortalezca nuestros lazos y nos brinde mejores y mayores oportunidades en lo académico, en lo profesional y en lo personal.
Hasta pronto,
Alexánder Martínez Álvarez
Presidente
Comité organizador de LACAR2019
Contenido
Introducción
Sección I
Optimal energy transmission analysis through rotating machinery
J. Alan Calderón Ch., Julio C. Tafur, Benjamín Barriga
Cyber-Physical Production Systems – Industry 4.0 Reference Cases to Latin America
Luis Alberto Cruz Salazar, Ángela Viviana Peña, David Alexander Urrego, Juan Cardillo Albarrán, Edgar Chacón Ramírez
Type II fuzzy logic controller for a liquid level system
Jorge L. Díaz Rodriguez, Oscar M. Duque Suarez, Jair Araujo Vargas, Carlos Clavijo Pérez
Lane Detection and Trajectory Generation System
Manuel Díaz-Zapata, José Miguel Correa-Sandoval, Juan Perafán-Villota, Víctor Romero-Cano
Design and implementation of a PID controller for a didactic pneumatic levitation system monitored by smartphone
Johan Fernández Zorro, Yefferson Caleño Barrera, Nicolás Niño Viancha, Camilo Sanabria Totaitive, Liliana Fernández-Samacá
Virtual navigation of a micro robot guided by haptic interface
María Alejandra Gutiérrez Peñafiel, Juan José Rosero Calderón, Martín Alonso Muñoz Medina, Oscar Andrés Vivas Albán
Simulation and manipulation of three educational robots in unity 3D environment
Jaime López, Danilo Chimborazo and Andrés Vivas
Use of virtual reality for cranial navigation in surgical exploration tasks
Ivanna Melissa Pai Zambrano, Mably Bolena Escobar Ortiz, Oscar Andrés Vivas Albán
Prototipo de sistema automatizado para cultivos de tomate con iluminación LED en INDOOR
José J. Pascasio G, Adriano J. Rodríguez R, Cristian I. Pinzón
Open Source Six Degree of Freedom Manipulator Robot
Francisco J. Pedroza, Andrés F. Araquer, Víctor A. Romero
Implementation of the Screw Theory to Solve the Equations of Motions of a 4-Cable-driven Parallel Robot
Maicol Peterson Gandolphi de Almeida, Alexandre Campos
Comparison of fuzzy FPD+I and state feedback controller for a differential agricultural robot
Leonardo Solaque, Guillermo Sánchez H., Adriana Riveros G., Víctor H. Grisales-Palacio and Alexandra Velasco
Sección II
A Vision-Based System for Evaluating the Quality of the Coloration of Thick Blood Smears in Malaria Diagnosis
Wendy M. Fong Amarís, Carol V. Martínez Luna, Daniel R. Suárez Venegas
A Deep Learning Approach to Detect and Classify Plastic Bottles for a Recycling Robot
Wilson Hernández, Carol Martínez
Diseño de una unidad de investigación sobre tecnologías de paneles fotovoltaicos en la región centroamericana
Jorge Jiménez, Ignacio Chang
Diseño e implementación de un sistema de control para el proceso de deshidratación de cárnicos
Juan David Maya Suárez, Alexánder Martínez Álvarez
Simulación dinámica de un sistema de control de movimiento con motor síncrono de imán permanente
Camilo A. Pinzón, Ricardo E. Ramírez
Diseño e implementación de un sistema neumático de compresión intermitente para tratamiento de isquemia en extremidades inferiores
Juan Sebastián Rueda González, Alexánder Martínez Álvarez
Evaluación de técnicas de planificación de trayectoria para robots móviles en V-REP
Harold Ruiz, Laura Rodríguez, Andrés Pantoja y Jon Barco
Introducción
En la actualidad, las disciplinas relacionadas con la automatización y la robótica están aportando al desarrollo de diferentes áreas, tanto productivas como de servicios. Encontramos dispositivos y sistemas robotizados y automatizados en la industria, en la agricultura, en campos relacionados con la salud humana, en la educación y en muchos otros ámbitos. Esto hace que las universidades en todo el mundo estén apostando por el desarrollo y la evolución de dichas disciplinas, además de procurar la interacción entre ellas potenciando la cooperación y el trabajo multi y transdisciplinar.
Dado que el objetivo principal de este libro es la difusión de los aportes realizados por miembros de la Red LACAR en diferentes universidades del continente americano y España, se hace pertinente mencionar algunos ejemplos del desarrollo de estas áreas del conocimiento, cuya aplicación en diversos campos hace posible su avance. En el campo de las aplicaciones de la automatización y la robótica en la agricultura, se pueden mencionar diferentes trabajos, como el realizado en el Tecnológico de Monterrey (México), donde se presenta el diseño y la implementación de un robot recolector de nuez, de bajo costo y baja complejidad mecánica, capaz de realizar los movimientos y acciones necesarias para la recolección en terrenos complejos [1].
Por su parte, en la Pontificia Universidad Javeriana (Colombia) [2] han planteado la integración de métodos conocidos de visión por computadora para identificar la etapa de madurez de las frutas Asaí, Seje y Moriche (palmas amazónicas), con base en imágenes aéreas adquiridas con un vehículo aéreo no tripulado (UAV). En esta misma área de aplicación, en la Universidad de Pamplona (Colombia) han desarrollado un trabajo en el que se identifican los primeros síntomas de la presencia de plagas en los cultivos de plantas de papa mediante la aplicación de técnicas y algoritmos de visión artificial, ayudando a los productores a reducir el tiempo y el dinero invertido en el control de dichas plagas, a la vez que se mejora la calidad de los alimentos al contener menos cantidad de productos químicos, perjudiciales para la salud de las personas [3]. Adicionalmente, un aporte interesante se efectuó en la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito (Colombia) [4], donde se muestran los resultados de simulación de un algoritmo desarrollado para ejecutar el proceso de planeación de trayectorias de vehículos aéreos no tripulados en entornos agrícolas de forma autónoma.
Otro campo de aplicación en el que se han realizado avances en Latinoamérica es el de la prevención y gestión de riesgos. Entre los trabajos destacados en este campo está el realizado en el Tecnológico de Monterrey (México), [5] donde se proponen algunas ideas innovadoras sobre el uso de robots de bajo costo en escenarios de emergencia y se presenta el diseño e implementación de un robot articulado de tracción continua de bajo costo, bajo consumo de potencia y alta adaptabilidad a diferentes terrenos. Por su parte, en la Universidad Tecnológica de Panamá (Panamá) desarrollaron un prototipo de sistema de alertas tempranas (SAT) [6] que incluye el modelo hidráulico del río Pacora, una red de sensores para la detección de las condiciones de alerta por crecientes del río y un sistema de comunicación para la difusión de dicha alerta, que incluye a personas con discapacidad visual o auditiva.
Por otro lado, en la Universidad de Texas A&M (EE. UU.) se han realizado varios aportes en el campo de los sistemas de apoyo y promoción de la salud humana. En el primero de estos trabajos [7], se presenta una estrategia novedosa que combina la teoría probabilística bayesiana con la tecnología de realidad mixta o híbrida, para evaluar el sistema sensoriomotor de una persona. En un segundo trabajo [8], han propuesto una nueva tecnología que asista a la salud y el rendimiento de los astronautas durante las misiones espaciales de larga duración, pues aunque actualmente existen métodos para mantener el estado físico a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS), los resultados no son ideales. Un tercer trabajo realizado en esta universidad [9], muestra el desarrollo de una nueva metodología para la localización de campos magnéticos, cuyo enfoque podría usarse dentro del dominio de la salud y atención médica, como por ejemplo: en el espacio para monitorear a los astronautas durante la ejecución de ejercicios de fuerza y ejercicios aeróbicos, para la evaluación de terapias de rehabilitación en las personas de edad avanzada, para la evaluación de movimientos del cuerpo humano en sobrevivientes de derrame cerebral, así como también en pacientes con trastornos sensorio-motores.
En esta misma área de aplicación, el trabajo realizado en la Universidad Autónoma de Coahuila (México) [10] presenta el diseño y el análisis cinemático de un robot que podría asistir en actividades comunes de rehabilitación de extremidades inferiores, como son el movimiento de sentado a levantado y la marcha. Así mismo, con base en un trabajo conjunto entre la Universidad de Alcalá (España), la Universidad Tecnológica de Panamá (Panamá) y la Universidad Autónoma de Santo Domingo (República Dominicana) [11], se propone un sistema orientado a e-Health que sirve para pre-diagnosticar enfermedades infectocontagiosas, utilizando señales biomédicas que a su vez son útiles para la construcción de los modelos predictivos.
En cuanto al campo de las aplicaciones industriales, la Universidad Autónoma de Bucaramanga (Colombia) presenta el diseño de un banco de pruebas para realizar un proceso electroquímico de anodizado en una pieza de aluminio [12], cuyo objetivo es analizar la influencia de la solución electrolítica, la temperatura y la corriente en la formación de la capa anódica, así como controlar la temperatura y la corriente del sistema. Por otra parte, en un trabajo conjunto de la Institución Universitaria ITSA y la Universidad del Norte (Colombia), [13] se aborda el problema de encontrar el valor óptimo para hiper-parámetros, como el número de capas y el número de neuronas por capa, para una Red Neural Artificial (ANN) completamente conectada, particularmente en problemas de regresión. La estrategia de optimización propuesta se pone a prueba en diferentes conjuntos de datos relacionados con diversas aplicaciones industriales: i) predicción del rendimiento de algoritmos de exploración para robots móviles; ii) predicción de la resistencia a la compresión del hormigón; ii) predicción de la producción de energía de una planta de energía; y iv) predicción de la calidad del vino. A su vez, la Universidad de Pamplona (Colombia) [14] desarrolla un control sensorless para un motor de inducción, mediante un convertidor multinivel trifásico con optimización del contenido armónico en voltajes de línea.
Otros ejemplos de aplicación en la industria son los trabajos realizados en la Pontificia Universidad Javeriana (Colombia). Uno de ellos propone un procedimiento para convertir robots industriales en componentes de la Industria 4.0, de acuerdo con las pautas del Modelo de Arquitectura de Referencia para la Industria 4.0 (RAMI 4.0) [15]; otro se dedica al diseño y la implementación de una herramienta para tareas colaborativas entre humanos y robots que, desde la mirada de Industria 4.0, se denominan robots colaborativos o COBOTS [16]; y un tercero se orienta al aporte a la solución del problema de secuenciación de tareas robóticas (RTSP por sus siglas en inglés) para un robot bimanual, ya que este problema había sido estudiado por la comunidad robótica, pero solo para manipuladores de un solo brazo [17]. Por su parte, como aporte a la industria de la construcción, la Universidad Tecnológica de Panamá (Panamá) presenta un estudio [18] cuyo objetivo es proponer un modelo del comportamiento térmico de un edificio pasivo que está ventilado simplemente por ventilación natural, el cual es necesario para controlar posteriormente el confort térmico del ambiente interior a través de las aberturas de ventilación natural y persianas del edificio.
Otro campo de aplicación que ha tenido un gran auge en los últimos años es el de los vehículos autónomos, donde la cooperación entre la Universidad de Texas A&M (EE.UU.) y la Universidad Autónoma de Coahuila (México) ha dado como resultado un diseño conceptual y un análisis de simulación de un sistema aéreo modular, denominado MAS [19], diseñado con el propósito de realizar vuelo independiente y cooperativo con o sin carga útil; las propiedades de modularidad permiten que el sistema se adapte a diferentes tareas agregando o quitando módulos a una configuración modular. Además, en la Universidad de Texas A&M, se ha implementado una Red Neuronal Profunda (DNN) para distinguir gestos particulares realizados con las manos, así como también el movimiento hecho por el brazo del usuario, con el propósito de accionar actividades determinadas en un Sistema Aéreo No Tripulado (UAS) [20].
Por su parte, en este mismo campo de los vehículos autónomos aéreos, la Pontificia Universidad Javeriana (Colombia) [21] ha desarrollado un esquema de cooperación entre vehículos aéreos no tripulados (UAV), en el que se utiliza la técnica de Control por Modos Deslizantes para garantizar que el conjunto de robots sea capaz de seguir una trayectoria definida como referencia, garantizando la navegación libre de colisiones entre dichos vehículos autónomos. Respecto a otro tipo de vehículos autónomos, la Universidad Tecnológica de Panamá (Panamá) ha mostrado cómo aprovechar la resolución de la redundancia cinemática por medio de un Algoritmo Genético Multi-objetivo para la generación de la trayectoria de un Vehículo Submarino Manipulador (Underwater Vehicle Manipulator System - UVMS) [22].
Sumado a lo anterior, se han obtenido desarrollos y avances de corte académico o en algunos casos teórico, necesarios en el camino hacia futuras aplicaciones prácticas. Vale la pena comentar que, en algunos de los casos mencionados a continuación, ha sido muy valiosa la cooperación entre diferentes instituciones de educación superior, resaltando de esta manera la importancia del trabajo en redes académicas. Por ejemplo, la Universidad Estatal de Santa Catarina (Brasil) en cooperación con la Universidad Federal de Santa Catarina (Brasil), desarrolló una formulación robusta para la síntesis óptima de un mecanismo de cuatro barras generador de trayectoria [23]; y en cooperación con la Universidad Comunitaria de la Región de Chapecó (Brasil), obtuvo un método de optimización gráfica que determina la orientación ideal de un robot paralelo, con el fin de maximizar la rotación de su plataforma alrededor de un eje [24]. Adicionalmente, como parte de las labores de cooperación entre la Universidad Autónoma de Coahuila (México) y la Universidad de Texas A&M (EE.UU.) se presenta el análisis de fuerza estática de una rueda HeIse RSRR [25], que consiste en un mecanismo de dos grados de libertad que puede transformar una rueda circular en una rueda con múltiples extremidades.
También se han desarrollado algunos sistemas y prototipos para ser usados en la enseñanza del control. Al respecto, se puede citar el diseño y el control de un prototipo de bajo costo de un sistema Ball and Plate [28] como herramienta de recursos de aprendizaje, y el modelado y control de una grúa didáctica bi-riel [29]; realizados en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (Colombia). En esta misma línea, en la Universidad del Cauca (Colombia) se realizó el modelo dinámico y el control de una bicicleta robótica [27]; y en la Universidad Nacional de Colombia (Colombia) se desarrolló una interfaz de usuario inmersiva que, utilizando realidad aumentada, permite programar trayectorias para el robot ABB IRB 140, mediante el uso de un marcador cúbico y retroalimentación de información útil al usuario a través del dispositivo THC VIVE [26].
Teniendo en cuenta este panorama, en la Sección I se presentan algunos artículos cortos sobre trabajos que han sido desarrollados en distintas universidades latinoamericanas, con aplicaciones de la automática y la robótica en la agricultura, la educación o la industria. Luego, en la Sección II, en el formato de resumen extendido, se presentan algunos resultados preliminares de trabajos que, en el momento de su presentación en el congreso, se encontraban en desarrollo y que muestran algunas posibles aplicaciones en la industria y en el campo de la salud humana.