Hands-free wearable system for helping in assembly tasks in aerospace

Las operaciones de mantenimiento tienen un gran impacto en la seguridad y esperanza de vida de cualquier producto, especialmente en ciertas aplicaciones dentro de la industria aeronáutica que tiene que pasar procedimientos muy rigurosos de seguridad. Los sistemas de ayuda llevables (wearable) pueden ayudar a reducir costes y tiempo de trabajo guiando a los operarios en tareas difíciles. El propósito de este trabajo es presentar un sistema de guiado de manos libre y llevable para soporte y ayuda de operarios en tareas de ensamblaje y verificación dentro del campo de la aeronáutica. El operario es capaz de pedir información al sistema sobre una tarea específica de un modo no invasivo así como pedir asistencia técnica al líder del equipo. El sistema desarrollado ha sido probado en una compañía aeronáutica (Airbus Military) y se ha evaluado su implementación en ciertas tareas de ensamblaje. La conclusión de las pruebas ha sido que el sistema ayuda a los operarios a realizar sus tareas de una manera más rápida, precisa y segura.Maintenance operations have a great impact on the safety and life expectancy of any product. This is especially true for certain applications within the aerospace industry, which must pass rigorous security checking procedures. Wearable helping systems can help to reduce costs and working time by guiding workers in some specifi c and diffi cult tasks. The purpose of this work is developing a handless and wearable guided system that supports and helps workers in assembly and verifi cation tasks within the aeronautic fi eld. The worker is able to request information for the specifi c task in a non invasive way and also ask the Team Leader for real time technical support and assistance. The system developed has been tested in an aeronautic company (Airbus Military) and its implementation in specifi c assembly tasks assessed. It was found that the proposed system can help workers to make their tasks faster, more accurate and more secure

Desing Thinking Methodology for Interactive Real-Time Applications and Virtual Reality Tools.

En los últimos años, la Realidad Virtual y las Aplicaciones Interactivas en tiempo real han experimentado un creciente uso en campos tan diversos como la medicina, la construcción, publicidad, etc.… En la inmensa mayoría de los casos, el objetivo final de estas aplicaciones son las personas, por lo que un correcto diseño teniendo en cuenta a esos posibles usuarios es clave para que las aplicaciones cumplan los objetivos para los que son concebidas y tengan éxito. Existen diversas metodologías empleadas para el diseño de aplicaciones de Realidad Virtual y Aplicaciones Interactivas en Tiempo Real, la mayoría de las cuales se consideran metodologías centradas en el usuario. Sin embargo, pocas de ellas incluyen las herramientas suficientes para entender al usuario y sus necesidades, y la mayoría simplemente se enfocan en el usuario mediante entrevistas o cuestionarios. Por esta razón, nos embarcamos en la aplicación del Design Thinking al diseño de aplicaciones de Realidad Virtual y Aplicaciones Interactivas en tiempo real. El Design Thinking es una metodología que toma en consideración 3 aspectos a la hora de abordar un proyecto: el usuario, la tecnología disponible y las necesidades de negocio de quien solicita el proyecto. Durante la aplicación del Design Thinking se utilizan diferentes herramientas para la investigación de los usuarios, para la generación de ideas y el prototipado entre otros. En el caso particular de este trabajo, las herramientas IDEO Method Cards fueron la base que ayudó a sustentar la metodología aquí propuesta. Finalmente, una vez la metodología había sido definida, fue probada en dos proyectos diferentes para validar su uso.In recent years, the use of VR applications and IRTAs has increased and reached diverse fields such as medicine, civil engineering, marketing and so on. In most cases, the final and most important objective of these applications is the people. For this purpose, a correct design that takes into account the needs of these people is of key importance to meet the goals of the project and to ensure its success. There are many methodologies applied to the design of VR applications and IRTAs. The vast majority of them are considered user-centred methodologies. Nonetheless, few of them include enough tools to fully understand users and their needs and the majority of them focus only on the user by means of surveys & questionnaires. For this reason, we embarked on the application of the Design Thinking methodology to design IRTAs and VR tools. Design Thinking is a methodology that takes into account three main aspects in order to manage projects: users, available technologies and the business requirements of those who request the project. Through the Design Thinking methodology, different tools are used for user research, idea generation and prototyping among others. In this particular case, the IDEO Method Cards tools were the basis of the methodology proposed here. Finally, once the methodology was defined, it was applied to two different projects in order to validate it

Modelado y simulación de hormigón proyectado para su uso en aplicaciones de entrenamiento en tiempo real.

La formación de operarios de maquinaría de proyección de hormigón es una labor que tradicionalmente se ha llevado a cabo a través del manejo de maquinaria real en obra, entrañando esta operación elevados costes de aprendizaje y de presupuesto, además del riesgo implícito de la misma. Estos problemas pueden minimizarse utilizando herramientas innovadoras, como son los simuladores de entrenamiento. Los simuladores proveen de ventajas significativas en la formación de operarios, como el ahorro económico, los beneficios formativos, y la ausencia casi por completo de riesgos de seguridad y de impacto ambiental. El mayor reto en el desarrollo de un simulador de entrenamiento para maquinaría de proyección de hormigón recae en el modelado del hormigón proyectado. En la presente tesis se propone un novedoso método que modela y simula en tiempo real los fenómenos principales que dañen el comportamiento del hormigón proyectado: adhesión, cohesión y rechazo. Además, el método consta de otros modelos que hacen posible proyectar sobre elementos de soporte adicionales, evitan que existan zonas de acumulación inestables en la capa de hormigón, y consiguen una capa final sin picos o aristas independientemente de las condiciones de proyección. El método propuesto ha sido implementado con éxito en un nuevo simulador de entrenamiento en tiempo real. La mayor parte de los algoritmos fueron paralelizados e implementados en la GPU. Gracias a esta estrategia se consiguieron reducir el tiempo de ejecución total y la carga computacional de la CPU, dejando a la CPU libre para otros cálculos necesarios en el simulador. Durante el desarrollo del método de modelado y simulación, se ha seguido una metodología de trabajo centrada en el usuario. En las metodologías centradas en el usuario los usuarios finales tienen una influencia importante en el proceso de diseño. En este caso, el usuario final ha sido representado por un comité de expertos de un centro de formación específico. La metodología de trabajo ha resultado exitosa, tal y como lo indican los resultados obtenidos en un estudio realizado entre alumnos reales del simulador, donde se concluye que el método de modelado y simulación desarrollado satisface las necesidades de formación de los operarios de maquinaria de proyección de hormigón

Colisiones en estudios de mantenibilidad con restitución de esfuerzos sobre maquetas digitales masivas y compactas

Uno de los aspectos de mayor interés de la mantenibilidad concierne al análisis de accesibilidad del hombre y la herramienta, donde se acomete el cálculo de vías de acceso, de secuencias de ensamblaje y desensamblaje, y de evaluación de tiempos. Hoy en día todavía es necesario el empleo de maquetas físicas, para poder evaluar la mantenibilidad de las partes externas del motor en la etapa de desarrollo. Aunque estas maquetas pueden ser empleadas en otras aplicaciones, la razón de que se construyan suele ser evaluar la mantenibilidad. Este trabajo busca que las maquetas físicas dejen de ser necesarias para los estudios de mantenibilidad, para lograr una reducción de costes y tiempo en el desarrollo de motores de avión. Este objetivo viene facilitado e impulsado por el siguiente hecho: actualmente, en la industria aeronáutica, el diseño basado en maquetas electrónicas está siendo empleado de forma habitual en la creación de los elementos externos del motor (tuberías, guarniciones e instalaciones). La Realidad Virtual, combinada con el uso de hardware específico que emula sensaciones táctiles, puede ofrecer una solución al objetivo propuesto. En esa línea, el objetivo principal de esta Tesis, y también una tarea importante en la Realidad Virtual, es el estudio e investigación dentro del campo de las colisiones, en este caso para su aplicación en herramientas de mantenibilidad. Los resultados finales se traducirán en el desarrollo de un módulo de colisiones exacto y eficiente que ayude a la aplicación a predecir la mantenibilidad de un motor de avión, simulando las tareas necesarias para ello. La extremada complejidad de los modelos CAD aeronáuticos requiere que el cálculo de las interferencias implemente técnicas específicas para asegurar un frame rate interactivo. Además, y por las características de las tareas de mantenimiento, no sólo se necesita detectar las colisiones del entorno, sino que también hace falta calcular una respuesta, que es necesaria para ofrecer una salida táctil al usuario. Esto último es de gran importancia ya que condiciona el grado de sensación recibida en el momento de la manipulación de los objetos de la escena

Modelado y simulación de hormigón proyectado para su uso en aplicaciones de entrenamiento en tiempo real.

La formación de operarios de maquinaría de proyección de hormigón es una labor que tradicionalmente se ha llevado a cabo a través del manejo de maquinaria real en obra, entrañando esta operación elevados costes de aprendizaje y de presupuesto, además del riesgo implícito de la misma. Estos problemas pueden minimizarse utilizando herramientas innovadoras, como son los simuladores de entrenamiento. Los simuladores proveen de ventajas significativas en la formación de operarios, como el ahorro económico, los beneficios formativos, y la ausencia casi por completo de riesgos de seguridad y de impacto ambiental. El mayor reto en el desarrollo de un simulador de entrenamiento para maquinaría de proyección de hormigón recae en el modelado del hormigón proyectado. En la presente tesis se propone un novedoso método que modela y simula en tiempo real los fenómenos principales que dañen el comportamiento del hormigón proyectado: adhesión, cohesión y rechazo. Además, el método consta de otros modelos que hacen posible proyectar sobre elementos de soporte adicionales, evitan que existan zonas de acumulación inestables en la capa de hormigón, y consiguen una capa final sin picos o aristas independientemente de las condiciones de proyección. El método propuesto ha sido implementado con éxito en un nuevo simulador de entrenamiento en tiempo real. La mayor parte de los algoritmos fueron paralelizados e implementados en la GPU. Gracias a esta estrategia se consiguieron reducir el tiempo de ejecución total y la carga computacional de la CPU, dejando a la CPU libre para otros cálculos necesarios en el simulador. Durante el desarrollo del método de modelado y simulación, se ha seguido una metodología de trabajo centrada en el usuario. En las metodologías centradas en el usuario los usuarios finales tienen una influencia importante en el proceso de diseño. En este caso, el usuario final ha sido representado por un comité de expertos de un centro de formación específico. La metodología de trabajo ha resultado exitosa, tal y como lo indican los resultados obtenidos en un estudio realizado entre alumnos reales del simulador, donde se concluye que el método de modelado y simulación desarrollado satisface las necesidades de formación de los operarios de maquinaria de proyección de hormigón

Metodología de Desarrollo de Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje de Tareas Procedimentales basados en la Realidad Virtual y Mixta.

En las áreas de la Realidad Virtual y de la Inteligencia Artificial educativa se desarrollan tecnologías que resultan de gran utilidad en muchos ámbitos de formación. Este trabajo de tesis ahonda en la combinación de tecnologías de ambas áreas con el objetivo de facilitar la construcción de Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje (SI2A2) de tareas procedimentales. Se han estudiado las arquitecturas y prácticas más relevantes en el desarrollo de SI2A2 en diferentes dominios de aprendizaje. A partir de las conclusiones obtenidas, se ha analizado en profundidad la problemática a la que hay que dar respuesta para integrar de forma metodológica Sistemas Interactivos basados en Realidad Virtual y Mixta con Sistemas de Ayuda al Aprendizaje. Como resultado, se ha propuesto una Metodología y un Marco de Desarrollo de propósito general para facilitar la construcción de SI2A2 independientemente del dominio. La Metodología está compuesta por un metamodelo de integración que describe el proceso de comunicación entre un Sistema Interactivo y un Sistema de Ayuda al Aprendizaje en tres niveles: observación, interpretación y diagnóstico. Además, incluye el procedimiento de construcción de SI2A2, que se centra en particularizar cada nivel del metamodelo para el dominio de aprendizaje específico del SI2A2. Por último, el Marco de Desarrollo se encarga de hacer efectiva la comunicación entre los dos sistemas. La Metodología y el Marco de Desarrollo han sido validados en el dominio de los procesos de fabricación con máquina herramienta y en el de la conducción de vehículos profesionales. Se han realizado experimentos que demuestran su validez para construir SI2A2 independientemente del dominio de aprendizaje, mostrando características diferentes: dominios de actividad continua e instantánea; sistemas interactivos realistas y simplificados; y entornos autónomos y reactivos

Sistemas interactivos inteligentes de ayuda al aprendizaje de destrezas físicas.

XI La combinación de Sistemas Interactivos basados en Realidad Virtual con la Inteligencia Artificial educativa ha resultado de gran utilidad en muchos ámbitos de formación. Estos sistemas, también denominados como Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje (SIIAA) suelen ofrecer un amplio abanico de funcionalidades educativas. Sin embargo, es difícil encontrar SIIAA que sean capaces de ofrecer asistencia a la hora de entrenar destrezas físicas. Este proyecto de tesis presenta un novedoso enfoque para evaluar destrezas físicas en los SIIAA basados en el framework ULISES, el cual permite la integración de Sistemas Interactivos con distintos Sistemas de Ayuda al Aprendizaje. Asimismo, se presenta la herramienta de autor PATH, la cual minimiza el coste de creación de los modelos de conocimiento necesarios para el framework ULISES. Por un lado, el trabajo desarrollado ha consistido en diseñar y desarrollar los modelos y algoritmos necesarios para que el framework ULISES pueda gestionar la incertidumbre temporal y la intencionalidad asociadas a los movimientos de los alumnos cuando aprenden una nueva destreza física. Asimismo, se presenta la integración de dichos modelos y algoritmos en los niveles y subsistemas del framework ULISES encargados de la observación, interpretación y diagnóstico de movimientos para la evaluación de destrezas motoras. Por otro lado, este trabajo aporta la metodología de adquisición de conocimiento para crear SIIAA con ULISES. Además, la herramienta de autor implementada facilita la aplicación de la metodología y su aprendizaje. Se ha creado un SIIAA compuesto de un sistema de captura para evaluar destrezas físicas en el dominio del tenis y se ha realizado un experimento que demuestra la validez de la metodología presentada en este trabajo. En lo referente a PATH, se ha validado en la creación de tareas para tres SIIAA de diferentes dominios y se han realizado experimentos adicionales que demuestran el valor de la herramienta a la hora de crear tareas para los SIIAA basados en el framework ULISES

Sistemas interactivos inteligentes de ayuda al aprendizaje de destrezas físicas.

XI La combinación de Sistemas Interactivos basados en Realidad Virtual con la Inteligencia Artificial educativa ha resultado de gran utilidad en muchos ámbitos de formación. Estos sistemas, también denominados como Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje (SIIAA) suelen ofrecer un amplio abanico de funcionalidades educativas. Sin embargo, es difícil encontrar SIIAA que sean capaces de ofrecer asistencia a la hora de entrenar destrezas físicas. Este proyecto de tesis presenta un novedoso enfoque para evaluar destrezas físicas en los SIIAA basados en el framework ULISES, el cual permite la integración de Sistemas Interactivos con distintos Sistemas de Ayuda al Aprendizaje. Asimismo, se presenta la herramienta de autor PATH, la cual minimiza el coste de creación de los modelos de conocimiento necesarios para el framework ULISES. Por un lado, el trabajo desarrollado ha consistido en diseñar y desarrollar los modelos y algoritmos necesarios para que el framework ULISES pueda gestionar la incertidumbre temporal y la intencionalidad asociadas a los movimientos de los alumnos cuando aprenden una nueva destreza física. Asimismo, se presenta la integración de dichos modelos y algoritmos en los niveles y subsistemas del framework ULISES encargados de la observación, interpretación y diagnóstico de movimientos para la evaluación de destrezas motoras. Por otro lado, este trabajo aporta la metodología de adquisición de conocimiento para crear SIIAA con ULISES. Además, la herramienta de autor implementada facilita la aplicación de la metodología y su aprendizaje. Se ha creado un SIIAA compuesto de un sistema de captura para evaluar destrezas físicas en el dominio del tenis y se ha realizado un experimento que demuestra la validez de la metodología presentada en este trabajo. En lo referente a PATH, se ha validado en la creación de tareas para tres SIIAA de diferentes dominios y se han realizado experimentos adicionales que demuestran el valor de la herramienta a la hora de crear tareas para los SIIAA basados en el framework ULISES

Metodología de Desarrollo de Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje de Tareas Procedimentales basados en la Realidad Virtual y Mixta.

En las áreas de la Realidad Virtual y de la Inteligencia Artificial educativa se desarrollan tecnologías que resultan de gran utilidad en muchos ámbitos de formación. Este trabajo de tesis ahonda en la combinación de tecnologías de ambas áreas con el objetivo de facilitar la construcción de Sistemas Interactivos Inteligentes de Ayuda al Aprendizaje (SI2A2) de tareas procedimentales. Se han estudiado las arquitecturas y prácticas más relevantes en el desarrollo de SI2A2 en diferentes dominios de aprendizaje. A partir de las conclusiones obtenidas, se ha analizado en profundidad la problemática a la que hay que dar respuesta para integrar de forma metodológica Sistemas Interactivos basados en Realidad Virtual y Mixta con Sistemas de Ayuda al Aprendizaje. Como resultado, se ha propuesto una Metodología y un Marco de Desarrollo de propósito general para facilitar la construcción de SI2A2 independientemente del dominio. La Metodología está compuesta por un metamodelo de integración que describe el proceso de comunicación entre un Sistema Interactivo y un Sistema de Ayuda al Aprendizaje en tres niveles: observación, interpretación y diagnóstico. Además, incluye el procedimiento de construcción de SI2A2, que se centra en particularizar cada nivel del metamodelo para el dominio de aprendizaje específico del SI2A2. Por último, el Marco de Desarrollo se encarga de hacer efectiva la comunicación entre los dos sistemas. La Metodología y el Marco de Desarrollo han sido validados en el dominio de los procesos de fabricación con máquina herramienta y en el de la conducción de vehículos profesionales. Se han realizado experimentos que demuestran su validez para construir SI2A2 independientemente del dominio de aprendizaje, mostrando características diferentes: dominios de actividad continua e instantánea; sistemas interactivos realistas y simplificados; y entornos autónomos y reactivos