Prototipo de guante sensor para la captación de posición y orientación de una mano. Procesado de señal y representación gráfica

Abstract

El desarrollo de este trabajo forma parte de un proyecto coordinado, cuyo objetivo es el diseño de un prototipo de guante sensor, capaz de obtener de forma precisa la orientación de la mano, así como la posición de los dedos de la misma. La sensorización del guante se realiza mediante dispositivos de medición inercial. Los valores de la velocidad angular y la aceleración, proporcionados por estos sensores, deben ser tratados con el fin de mejorar la calidad de la información obtenida. Estos datos pueden
contener ruido u otras perturbaciones, que dan lugar a pérdidas de información o errores en las medidas. Este documento se centra en el diseño de los algoritmos de procesamiento, aplicados sobre los datos proporcionados por las unidades de medición inercial. Con el fin de tratar la presencia de ruido y perturbaciones, se ejecuta un filtro IIR sobre las medidas proporcionadas por los sensores. Una vez los datos han sido filtrados, se aplican los algoritmos de transformación e integración sobre las medidas de la velocidad angular y la aceleración,
obteniendo así los valores de posición angular. Posteriormente, se utiliza un filtro complementario sobre estos, con el objetivo de obtener valores más estables. Finalmente, los datos procesados son acondicionados para ser enviados por la UART. Por otro lado, se ha realizado el diseño y desarrollo de una aplicación de representación
gráfica, que se ejecuta en un PC. Esta aplicación es capaz de mostrar gráficamente los datos obtenidos por el guante sensor, por medio de un modelo 3D que replica una mano humana, capaz de imitar su orientación y la posición de los dedos mediante objetos individuales de modelado. Además, se ha añadido un modelo numérico, semejante a un entorno de pruebas, que representa los datos numéricamente, apoyándose en elementos gráficos simples.
Ambos diseños, el prototipo de guante sensor y la aplicación de representación gráfica, se comunican para realizar el intercambio de mensajes. Además, el diseño realizado ha tenido en cuenta que este intercambio de información, entre prototipo y aplicación, puede ser realizado de forma inalámbrica, utilizando un dispositivo bluetooth, o mediante cable.
Abstract:
The development of this work is part of a coordinated project, whose objective is to design of a sensor glove prototype, capable of obtaining precise orientation of the hand, as well as the position of the fingers. The sensitization of the glove is carried out by inertial measurement units. The values of angular velocity and acceleration, provided by these sensors, should be treated with the aim of improving the quality of the information obtained. These data can contain noise or other disturbances, which result in loss of information or errors in the measurements. This document focuses on the design of the processing algorithms, applied on the data provided by inertial measurement units. In order to treat presence of noise and disturbances, the measurements provided by the sensors are processed using a IIR filter.
Once the data have been filtered, the transformation and integration algorithms are applied to the measurements of the angular velocity and acceleration, thus obtaining the angular position values. Later, a complementary filter is used on these, with the aim of obtaining more stable values. Finally, the processed data are conditioned to be sent by the UART. On the other hand, the design and development of a graphic representation applicat ion,
which runs on a PC, has been carried out. This application must be capable of graphically displaying the data obtained by the sensor glove, by means of a 3D model that replicates a human hand, capable of imitating its orientation and the position of t he fingers using
individual modelling object s. In addition, a numerical model has been added, similar to a test environment, which represents t he data numerically, supported by simple graphic elements. Both designs, the sensor glove prototype and the graphic representation application, must communicate to perform the message exchange. Therefore, the design must take into account that this exchange of information, between prototype and application, can be done wireless, using a bluetooth device, or by wire.