Introducción

Sistemas de control y tele-operación

Mucho han cambiado los sistemas de control desde los primeros reguladores de la era pre-industrial. El desarrollo de la electrónica y de la informática ha supuesto para este tipo de sistemas una revolución. Y más concretamente el desarrollo de los Sistemas de Tiempo Real, que son aquellos sistemas informáticos que deben responder en determinados instantes de tiempo. No sólo ha supuesto la posibilidad de controlar sistemas realmente complejos, sino que también pueden ser operados a miles de kilómetros de distancia. Desde un computador conectado a Internet se puede dar órdenes a un sistema y conocer instantáneamente su estado.

La tele-operación (teleoperation) consiste en controlar de forma remota un robot. Uno de los problemas que tiene es que la persona encargada de controlar el sistema no recibe los mismos estímulos que tendría si lo manejara directamente. Por eso es importante reproducir lo más fielmente posible esos estímulos para que dicha persona encargada de operar el sistema tenga la información suficiente para ello, y lo haga de la forma más natural e intuitiva posible. Esto puede incluir el reproducir sensaciones visuales, sonoras,... y táctiles.

Tecnología del tacto

Los seres humanos recibimos una gran cantidad de información a través del sentido del tacto, siendo de una vital importancia a la hora de manipular objetos (que es la tarea que se realiza a través de un robot con la tele-operación). La tecnología del tacto (haptic) es la rama de la ciencia que se encarga de desarrollar dispositivos que reproduzcan sensaciones táctiles. Este tipo de dispositivos abarcan desde los servomotores que se encargan de trasladar al piloto las fuerzas a las que está sometido un avión, hasta un guante que imita las diferentes texturas de una superficie.

Diversas compañías fabrican dispositivos hápticos, como Immersion Corporation o SensAble Technologies. Dichos dispositivos no se destinan únicamente a la tele-operación, sino que por ejemplo también pueden ser usados para el diseño CAD tridimensional o para simulaciones de todo tipo. Pero en uno de los puntos en que coinciden los productos desarrollados por estas compañías es su altísimo precio: entre los dispositivos de SensAble Technologies encontramos desde los 12.000 euros del PHANTOM Desktop hasta los 72.000 euros del PHANTOM 3.0/6DOF, y entre los de Immersion Corporation tenemos el Two Handed Haptic Workstation Simulation System que cuesta 227.000 euros.

Tecnología del tacto en dispositivos de consumo

Pero la tecnología del tacto no abarca sólo productos profesionales. Desde hace tiempo los videojuegos utilizan tecnología del tacto para enriquecer la experiencia del jugador (primero fueron las máquinas recreativas, y más tarde las consolas de videojuegos y PCs). De esta forma los mandos (gamepads) de las consolas incorporan un vibrador (rumblepad) que nos puede indicar que estamos recibiendo daños en el juego, o que estamos recorriendo una carretera con baches. Las palancas de juegos con realimentación de esfuerzos (más conocidas como joysticks con force feedback) aumentan mucho el realismo de un simulador de vuelo, al igual que los volantes con realimentación de esfuerzos en los simuladores de conducción.

También podemos encontrar ratones que vibran, que permiten aumentar la productividad del usuario al mejorar la interfaz con el PC (Immersion Corporation vende un programa para aprovechar estos dispositivos con las suites ofimáticas), o los habituales teléfonos móviles que incorporan un vibrador. Dispositivos que mejoran la interfaz con usuario, sobre todo a aquellos que carecen del sentido de la vista o/y del oído. Tan comunes que su precio es muchísimo más reducido que los productos antes comentados, ya que podemos encontrar joysticks de calidad con force feedback que no llegan a los 100 euros, por ejemplo.

Objetivos del trabajo

El objetivo del presente trabajo es seleccionar un joystick con force feedback e instalarlo en una máquina con un Sistema Operativo de Tiempo Real. La idea es colocar la primera pieza de lo que en un futuro será un sistema de control tele-operado mediante tecnología del tacto. Dicho sistema podría consistir en un computador que controle uno de los brazos robóticos del laboratorio, y que sea manejado en tiempo real por una persona a través del joystick. Gracias a las capacidades de force feedback se podrá informar de cuándo no puede continuar el movimiento en un eje porque se ha llegado al final, por ejemplo.

Además de que el sistema debe ser asequible, otro de los objetivos es que todo ello pueda ser libremente distribuido y modificado. Por esta razón, tanto la documentación generada como el software utilizado debe ser libre (incluyendo el Sistema Operativo de Tiempo Real), por lo que en todos los programas se utilizará la GPL y en toda la documentación la GFDL, ambas de la Free Software Fundation. Por útlimo, decir que el Sistema Operativo de Tiempo Real elegido ha sido RTAI, una modificación de GNU/Linux que permite la ejecución de tareas de tiempo real estrictas.