Sistema Robótico de Telepresencia

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7/23/2019 Sistema Robótico de Telepresencia http://slidepdf.com/reader/full/sistema-robotico-de-telepresencia 1/62 Sistema Rob´ otico de Telepresencia David Fernando Madera Rivas Juan Camilo Rodr´ ıguez Fl´orez Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al t´ ıtulo de Ingeniero Multimedia Asesor de Proyecto: PhD Jairo Alejandro G´omez Escobar Ingenier´ ıa Multimedia Facultad de Ingenier´ ıa Universidad de San Buenaventura Cali, Colombia Octubre 2015

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Sistema Robotico de Telepresencia

David Fernando Madera RivasJuan Camilo Rodrıguez Florez

Trabajo de grado presentado

como requisito parcial para optar al tıtulo de

Ingeniero Multimedia

Asesor de Proyecto: PhD Jairo Alejandro Gomez Escobar

Ingenierıa Multimedia

Facultad de Ingenierıa

Universidad de San Buenaventura

Cali, Colombia

Octubre 2015

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Declaracion

Declaramos que este documento es de nuestra autorıa, y damos fe que no contienematerial que haya sido publicado o escrito por otra persona ni material que haya sidoutilizado para la obtencion de otro tıtulo en la Universidad de San Buenaventura Cali nien otra institucion de educacion superior, excepto donde se indique de manera explıcitaen el texto.

David Fernando Madera Rivas Juan Camilo Rodrıguez Florez

05 de Octubre, 2015

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Resumen

David Fernando Madera RivasJuan Camilo Rodrıguez Florez Ingenierıa MultimediaUniversidad de San Buenaventura Octubre 2015

Sistema Robotico de Telepresencia

Este trabajo de grado presenta el desarrollo de una plataforma robotica movil de tele-presencia que puede ser contralada a traves de un dispositivo movil por un usuario. Seinvestigan los protocolos que son utilizados para transmitir audio, video y comandos entiempo real, y tambien se describen los diferentes requirimientos mecanicos que necesi-ta la plataforma robotica movil. Al comparar las diferentes plataformas y observar losrequerimientos, se opta por utilizar el paquete  Lego Mindstorms EV3   [1].

En este tambien se describe el desarrollo de un prototipo que permite transmitir y re-producir audio y video de forma remota a traves de una red Wifi.

Palabras clave:   telepresencia, plataforma robotica, videoconferencia, protocolo, tele-operacion.

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Agradecimientos

Agradecemos el soporte de nuestras familias y amigos que estuvieron incondicional-mente en los momentos mas difıciles de nuestra carrera. El apoyo del cuerpo docentedel programa Ingenierıa Multimedia de la Universidad de San Buenaventura Cali, enespecial al PhD Jairo Alejandro Gomez Escobar, por su acompanamiento como asesordel proyecto y ser de ensenanza, como tambien al Ingeniero Andres Hurtado Bangueropor su ayuda en la ultima del proyecto.

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David Fernando Madera Rivas dedica este proyecto a su tıo Jorge Luis Madera, quien  falleci´ o en la espera de su graduaci´ on. A Roberto Madera Parra y Evelyn Rivas 

Medina que siempre estuvieron presentes en todo el proceso del proyecto.

Juan Camilo Rodrıguez Fl´ orez dedica este proyecto a Dios por su amor, y a Hern´ an 

Rodrıguez S  anchez, Maritza Fl´ orez Vil larejo, Adela Vil larejo Ortız y Mario Fl´ orez 

Labrada, personas que han dado m´ as de lo posible para formarlo.

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Indice general

Declaracion   i

Resumen   ii

Agradecimientos   iii

Contenido   vi

Lista de Figuras   vii

Lista de Tablas   viii

1 Introduccion   1

2 Objetivos   3

2.1 Objetivo General   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Objetivos Especıficos   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3 Marco Teorico   5

3.1 Telepresencia   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1.1 Evolucion de la videoconferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.2 Robotica   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2.1 Aspectos de navegacion de un robot   . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2.2 Esquemas de navegacion en robots moviles   . . . . . . . . . . . . 8

3.3 Modelo de arquitectura de los protocolos TCP/IP   . . . . . . . . . . . . 9

3.4 Flujos inelasticos en redes   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

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3.5 Tele-robotica   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.6 Calidad del servicio (Quality of Service)   . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.6.1 Problemas identificados en redes de datos:   . . . . . . . . . . . . 123.7 Vınculo usuario - sistema robotico de telepresencia (SRT) . . . . . . . . 17

4 Antecedentes   18

4.1 Telepresencia secular   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2 Telepresencia en la medicina   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 Telepresencia en la educacion   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.4 Telepresencia en el entretenimiento   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5 Desarrollo   30

5.1 Construccion de la aplicacion   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.2 Seleccion de la plataforma robotica   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.2.1 DIY tanque de juguete RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.2.2 Tanque RC Caterpillar   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.2.3 ALSRobotBase 4WD (Harbin Alseon Robotics Technology Co.)   36

5.2.4 Rover 5 con Encoders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.2.5 Lego Mindstorms Education   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.3 Sıntesis de la plataforma roboticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.4 Estructura del sistema robotico de telepresencia   . . . . . . . . . . . . . 40

6 Pruebas de usabilidad   41

7 Conclusiones   45

7.1 Trabajos futuros   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Referencias   48

8 Anexos   53

8.1 Cuestionario  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

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Indice de figuras

3.1 Robot y su interaccion con el entorno, basado en [15].   . . . . . . . . . . 7

3.2 Modelo TCP/IP.   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.3 Flujo de datos del SRT.   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.1 Da Vinci Surgical system [38].   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.2 Robots profesores manejados a distancia.   . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.3 Telepresecia en un museo.   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.1 Interfaz de inicio de la aplicacion del SRT.   . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.2 Interfaz de videollamada de la aplicacion del SRT.   . . . . . . . . . . . . 32

5.3 Interfaz de control de la plataforma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.4 Plataforma DIY tanque de juguete RC [51].   . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.5 Plataforma Tanque RC Caterpillar [52]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.6 Plataforma ALSRobotBase 4WD [53]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.7 Plataforma Rover 5 con Encoders [54].   . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.8 Plataforma Lego Mindstorms Education [1].   . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.9 Estructura del sistema robotico de telepresencia   . . . . . . . . . . . . . 40

6.1 Resultados de la pregunta 1 del cuestionario.   . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.2 Resultados de la pregunta 2 del cuestionario.   . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.3 Resultados de la pregunta 3 del cuestionario.   . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.4 Resultados de la pregunta 4 del cuestionario.   . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.5 Resultados de la pregunta 5 del cuestionario.   . . . . . . . . . . . . . . . 44

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Indice de cuadros

5.1 Comparacion de las Plataformas.   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

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Capıtulo 1

Introduccion

El uso de tecnologıas de telepresencia en la medicina, la educacion, el ambito empresa-

rial ha tomado fuerza en los ultimos anos como se muestra en [2], [3] y [4]. El presente

proyecto busca disenar y desarrollar un Sistema Robotico de Telepresencia (SRT), es

decir, un robot controlado por un usuario desde un lugar remoto a traves de internet,

y que permite la transmision y recepcion de audio y video.

Existen diversas condiciones o situaciones que pueden impedirle a una persona asistir a

sus clases o a alguna labor que tenga que realizar, ademas de enfermedades y discapa-

cidades. Por esta razon se han desarrollado herramientas, maquinas y equipos propios

de telepresencia como el  ”beam pro”   [5], el  ”Ava 500”   [6] y el  ”QB Avatar”   [7]. En el

campo de la telemedicina, el  ”Biomedical PACS”   [8] y el sistema quirurgico ”Zeus”   [9]

permiten emular la presencia del hombre para realizar un conjunto basico pero esencial

de actividades a distancia [10].

El uso de la telepresencia en el proyecto permite que una o varias personas puedan

interactuar con un entorno diferente al que se encuentran, utilizando una interfaz que

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Introduccion 2

emplea una pantalla, un microfono y un parlante, con ellos se busca que el usuario vea

las imagenes y escuche los sonidos en tiempo real, y que a su vez puedan ver y escuchar

al usuario.

Los sistemas de telepresencia permiten a las personas y a las empresas ahorrar costos

por concepto de movilidad durante entrevistas, presentaciones y reuniones en general.

Para el desarrollo de un robot de telepresencia o teleoperado se requiere de la articula-

cion de diferentes areas del conocimiento como comunicaciones, vision por computador,

electronica y en algunos casos la inteligencia artificial. El uso de este ultimo considera

situaciones donde el robot toma decisiones de forma autonoma para evadir obstaculos

o para recuperarse de situaciones donde el sistema pierda el equilibrio mec anico [11].

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Capıtulo 2

Objetivos

2.1 Objetivo General

Desarrollar una plataforma robotica movil de telepresencia que pueda ser controlada a

traves de una red WiFi y bluetooth.

2.2 Objetivos Especıficos

1. Analizar los protocolos de transmision de audio, video y comandos en tiempo real

a traves de internet.

2. Definir los requerimientos de una plataforma movil de telepresencia incluyendo

los aspectos mecanicos y electronicos.

3. Desarrollar un prototipo que permita transmitir, grabar y reproducir audio y

video mediante una plataforma robotica movil controlada de forma remota por

medio de comandos.

4. Evaluar el prototipo a traves de pruebas de usabilidad y analizar los resultados.

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2.2 Objetivos Especıficos 4

5. Escribir un artıculo de divulgacion cientıfica.

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Capıtulo 3

Marco Teorico

El proyecto ”Sistema Robotico de Telepresencia” se formula con el fin que el usuario

interactue con el mundo real desde un sitio distinto al que se encuentra el robot. A con-

tinuacion se definen algunos terminos claves para comprender los diferentes aspectos

del proyecto.

3.1 Telepresencia

La telepresencia es el contacto en tiempo real con una o varias personas que no estan

presentes, es decir, presencia remota por un medio que proporciona a la persona la

sensacion de estar fısicamente en otro lugar a traves de una escena creada por un

ordenador o un robot [12]. Esta tecnologıa enlaza sensores o dispositivos en el mundo

real con los sentidos de un usuario. Los sensores utilizados pueden instalarse en un robot

o dentro de un entorno. La percepcion de la presencia dentro de un sitio remoto fısico

o simulado, ha sido identificado como un diseno ideal para entornos sinteticos [13].

Muchas personas se refieren a la telepresencia como una videoconferencia de gama

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3.1 Telepresencia 6

alta, o la videoconferecia de la siguiente generacion. Durante anos la industria de la

videoconferencia ha prometido que iba a sustituir la necesidad de las reuniones cara a

cara y disminuir los gastos de viaje, pero para la gran mayorıa de las empresas que la

han implementado, en su mayor parte, la videoconferencia no ha podido cumplir con

las promesas [14].

3.1.1 Evolucion de la videoconferencia

La companıa estadounidense  Cisco Systems  precisa aspectos importantes en los que la

telepresencia supera a la videoconferencia [14]:

•  Factores de calidad y de entorno:  Un sistema de telepresencia combina image-

nes de video con gran nitidez y sonido digital para crear una experiencia unica de

reunion ”en persona”. Los usuarios perciben la ilusion de estar en la misma sala

que la persona o el auditorio con el que estan interactuando con contacto visual

y hablando con el resto de participantes de una forma similar a como lo harıan si

estuvieran cerca fısicamente.

•   Sencillez: Debe estar disenado de tal modo que sea muy facil de configurar y de

llamar. La facilidad se consigue al usar las herramientas e ıconos que se utilizan

a diario, ya que la formacion que necesita el usuario es mınima; la metaforizacion

hablando en terminos de usabilidad.

•   Fiabilidad:  Aprovecha una red de buena disponibilidad y la infraestructura IP

para ofrecer a los usuarios calidad en el enlace de comunicacion.

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3.2 Robotica 7

3.2 Robotica

El termino robot aparece en 1920, en la obra teatral   ”Rossum’s Universal Robots”,donde la palabra “robota” significa realizar trabajo o acciones de servidumbre [15].

Figura 3.1:  Robot y su interaccion con el entorno, basado en [15].

V. H. Perez Cordero define la robotica [16] como el conjunto de conocimientos teoricos

y practicos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estruc-

turas mecanicas poliarticuladas, dotados de un determinado grado de ”inteligencia” y

destinados a la produccion industrial o al sustitucion del hombre en diversas tareas.

Un sistema robotico es aquel que es capaz de recibir informaci on, de comprender su

entorno a traves del empleo de modelos, de formular y de ejecutar planes, y de controlar

o supervisar su operacion. La robotica es multidisciplinaria y sus bases se apoyan en

ciencias como la electronica y la informatica, aunque ahora es notorio ver involucradas

disciplinas como la inteligencia artificial.

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3.2 Robotica 8

3.2.1 Aspectos de navegacion de un robot

La navegacion es la ciencia de desplazarse atravesando un entorno para alcanzar un

destino sin chocar con ningun obstaculo. La navegacion conlleva a crear una serie de

herramientas para la ejecucion de una trayectoria viable y segura. La trayectoria se crea

a partir de un mapa previo del entorno con un mapa que se construye mientras se navega.

Para ello, se deben tener en cuenta variables importantes como son la percepci on del

entorno, fusion de sensores y el control de movimiento. La idea general en la planificacion

de trayectorias consiste en desvincular los problemas de la cinematica y dinamica del

robot, de la busqueda de una ruta libre de obstaculos [17].

3.2.2 Esquemas de navegacion en robots moviles

La navegacion para un robot movil consiste en recorrer un camino que lo conduzca desde

una posicion inicial hasta una posicion la final. En [18], Baturone divide el problema

de la navegacion en las siguientes etapas:

•   Percepcion del mundo:  Mediante el uso de sensores externos, creacion de un

mapa o modelo donde se desarrollara la tarea de navegacion [19].

•   Planificacion de la ruta: Crea una secuencia ordenada de objetivos o submetas

que deben ser alcanzadas por el movil. Esta secuencia se calcula utilizando el

mapa del entorno, la descripcion de la tarea que debe realizar y algun tipo de

procedimiento estrategico.

•   Generacion del camino:  En primer lugar define una funcion continua que in-

terpola la secuencia de objetivos construida por el planificador. Posteriormente

procede a la discretizacion de la misma a fin de generar el camino.

•  Seguimiento del camino: Efectua el desplazamiento del robot, segun el camino

generado mediante el adecuado control de los actuadores [20].

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3.3 Modelo de arquitectura de los protocolos TCP/IP 9

3.3 Modelo de arquitectura de los protocolos TCP/IP

El ”protocolo de control de transmision”(en Ingles,  Transmission Control Protocol ) esuno de los protocolos fundamentales en Internet y como se ha vuelto tan comun en

algunas ocasiones todo el conjunto es llamado TCP/IP. El TCP entrega un flujo de

octetos entre los programas que se ejecutan en los computadores conectados a una red

de area local, intranet o el internet publico [21]. Esta es la base de la red de redes global

que conecta millones de equipos en el mundo  [22].

Segun Moreno en [23], el modelo de arquitectura de este protocolo es el resultado de

la agrupacion de diversas capas del Modelo OSI en un una sola, con el proposito de

resolver el problema de redes con tecnologıas muy diferentes entre sı. Cada protocolo

se comunica con su igual en la capa equivalente de un sistema remoto, de la misma

manera solo ha de ocuparse de la comunicacion con su gemelo, sin preocuparse de las

capas superior o inferior. De esta forma queda un modelo en cuatro capas, tal y como

se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2:  Modelo TCP/IP.

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3.4 Flujos inelasticos en redes 10

3.4 Flujos inelasticos en redes

Son aquellos que requieren una calidad de servicio fija e invariable. El tipo de aplica-ciones que necesitan este tipo de flujo se denominan   real-time streaming applications .

Estos flujos son muy sensibles al retardo y a las perdidas de los paquetes, por lo que

requieren grandes cantidades de recursos y degradan el comportamiento de la red para

otras conexiones. Este tipo de aplicaciones utiliza protocolos como el RTP (Real-time 

Transport Protocol ) y el RSTP (Real Time Streaming Protocol ) [24] para garantizar que

los paquetes se lean en el cliente en los instantes adecuados y permitir cierta interacti-

vidad, aunque salvo en redes locales no se suele garantizar la calidad del servicio [25][21].

3.5 Tele-robotica

Es una forma de teleoperacion aplicada a robots, donde se mantiene una intervencion

significativa del operador humano solo para supervision o teleoperacion directa [16].

•   Control supervisado (supervisory): El hombre dirige y monitoriza las activi-

dades del sistema semiautonomo de control.

•   Control compartido (shared):   Consiste en la combinacion de autonomıa y

telecontrol para darle control a una funcion en especıfico.

•  Control intercambiado o negociado (traded): Es una seleccion de autonomıa

para darle control a una funcion en especıfico.

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 11

3.6 Calidad del servicio (Quality of Service)

Es la capacidad de brindar un buen servicio, que se determina por el grado de sa-tisfaccion de los usuarios, es el rendimiento promedio de una red de telefonıa o de

computadoras.

La calidad esta determinada por las caracterısticas de aspectos relacionados con la red,

el ancho de banda, el retraso en la transmisi on, la disponibilidad, la tasa de errores,

entre otras.

Satisfacer a los usuarios frente a estos aspectos es un requisito esencial y b asico para

poder implementar servicios interactivos, mas aun conociendo que la introduccion cada

vez mayor de aplicaciones en tiempo real, la multimedia y el incremento del tr afico,

hacen necesario brindar garantıas sobre la calidad del servicio.

Esta calidad compromete de manera importante, aspectos relacionados con la conexion

en toda su complejidad tales como tiempo de respuesta de los servicios, perdidas, ratio

senal-a-ruido, diafonıas, eco, interrupciones, frecuencia de respuesta, niveles de sonido;

si es directamente del servicio de telefonıa se relaciona de manera especıfica con la

capacidad y cobertura de una red, la probabilidad de bloqueo o de interrupci on.

Las redes de telecomunicacion en paquetes, se refiere a los mecanismos de control para

la reserva de recursos, teniendo en cuenta que si crece el nivel de tr afico se produce

congestion y se ralentiza la entrega con la dificultad mayor, que si el problema es

severo, se llegan a descartar paquetes para aliviar la congestion, aun ası los usuarios

son relativamente tolerantes a las perdidas, mas no ası a los retardos.

La calidad del servicio o QoS, son las diversas tecnologıas que se deben desarrollar

para asegurar un nivel de servicio adecuado para la transmision de datos, basados en

estandares de funcionalidad, es la capacidad de administrar el trafico de red de ma-

nera rentable y mejorar las experiencias de usuario en entornos empresariales, oficinas

pequenas y con alcance a entornos de red domesticos.

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 12

Las ventajas principales de una red compatible con QoS, estan relacionadas con la

capacidad de priorizar el trafico, es decir, que los flujos mas importantes, sean utilizados

antes que los de menor prioridad y que haya mayor confiabilidad en la red, gracias al

control de la cantidad de ancho de banda que puede utilizar cada aplicacion.

3.6.1 Problemas identificados en redes de datos:

•   Bajo Rendimiento:  Es la consecuencia de la carga variante de varios usuarios

compartiendo los mismos recursos de red, la tasa de bits (el maximo rendimiento)

que puede ser provista para una cierta transmision de datos puede ser muy lentapara servicios en tiempo real, especıficamente si toda la transmision de datos

obtiene el mismo nivel de prioridad.

•   Paquetes sueltos:  Los ruteadores pueden fallar en liberar algunos paquetes si

ellos llegan cuando los buffers ya estan llenos, algunos, ninguno o todos los pa-

quetes pueden quedar sueltos dependiendo del estado de la red y es imposible

determinar que pasara de antemano. La aplicacion del receptor puede preguntar

por la informacion que sera retransmitida posiblemente causando largos retardos

a lo largo de la transmision.

•   Retardos:   Puede ocurrir que los paquetes tomen un largo periodo en alcanzar

su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta

menos directa para prevenir la congestion de la red. En algunos casos, los retardos

excesivos pueden inutilizar aplicaciones tales como VoIP o juegos en lınea.

•   Latencia: Puede tomar bastante tiempo para que cada paquete llegue a su des-

tino, porque puede quedar atascado en largas colas, o tomar una ruta menos di-

recta para evitar la congestion. Esto es diferente de rendimiento, ya que el retraso

puede mejorar con el tiempo, incluso si el rendimiento es casi normal. En algunos

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 13

casos, latencia excesiva puede convertir a una aplicacion como VoIP juegos online

inusable.

•   Jitter:   Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes

retardos. Un retardo de un paquete varıa impredeciblemente con su posicion en

las colas de los ruteadores a lo largo del camino entre el transmisor y el destino.

Esta variacion en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente la

calidad del flujo de audio y video.

•   Entrega fuera de orden:  Cuando un conjunto de paquetes relacionados entre

sı son encaminados a internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resul-tando en diferentes retardos. Esto ocasiona que los paquetes lleguen en diferente

orden de como fueron enviados.

•   Errores: A veces, los paquetes son mal dirigidos, combinados entre sı o corrom-

pidos cuando se encaminan. El receptor tiene que detectarlos y justo cuando el

paquete es liberado, pregunta al transmisor para repetirlo ası mismo.

Las caracterısticas de QoS son la administracion del ancho de banda, detectar y clasificarlos cambios de las condiciones de la red, control del flujo basado en prioridades y

administrar el trafico tanto en redes fısicas (basada en directiva), como en redes virtuales

(Hyper-V), que se describen a continuacion:

•   Administracion ancho de banda:   Ancho de banda mınimo proporciona un

nivel de servicio especıfico para una carga de trabajo cuando se produce una

congestion de red mientras se sigue permitiendo una mayor utilizacion del ancho

de banda por parte de esta carga de trabajo en circunstancias en las que no hay

ninguna congestion de la red.

Se produce congestion de la red en los sistemas informaticos cuando varias cargas

de trabajo compiten para tener acceso a una red externa a traves de un adaptador

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 14

de red. Dado que la capacidad de cualquier adaptador de red es limitada, cuando

la suma de las cargas de trabajo supera esa capacidad, el rendimiento de la red de

cada carga de trabajo pasa a ser no determinante. Con Ancho de banda mınimo,

puede definir como comparten el ancho de banda las aplicaciones competidoras.

Ancho de banda mınimo y Ancho de banda maximo permiten exigir el rendimiento

de red predecible para cada carga de trabajo. La diferencia principal entre ellas,

desde el punto de vista de un administrador, es como usan los recursos de red.

•   Clasificacion y etiquetado:  Antes de que se administre el ancho de banda de

una carga de trabajo, la carga de trabajo debe clasificarse o filtrarse para que el

programador de paquetes QoS pueda actuar sobre ella.

Windows dispone de una sofisticada capacidad de clasificacion del tr

afico. La clasificacion puede basarse en cinco tuplas, el tipo de usuario o el URI.

•   Control del flujo basado en prioridades:  Las cargas de trabajo, como RD-

MA, requieren transporte sin perdida de datos. Si se crea RDMA sobre Ethernet

directamente, lo que se conoce como RDMA sobre Ethernet convergente (ROCE),

el transporte de ethernet debe efectuarse sin perdida de datos. Tradicionalmente,el control de flujo de nivel de vınculo, que se basa en el marco de pausa 802.3, es

una solucion. Pero el control de flujo de nivel de vınculo provoca problemas como

el bloqueo del encabezado de la lınea.

Este problema se resuelve mediante el control de flujo basado en prioridades

(PFC), que es un estandar definido por el grupo de trabajo DCB del Instituto

de ingenieros de electricidad y electronica (IEEE). Windows Server 2012 permite

habilitar PFC siempre que sea compatible con una NIC. Cuando PFC esta ha-bilitado para ROCE en ambos extremos de un vınculo Ethernet, solo el vınculo

virtual designado para ROCE, que se indica mediante un valor de prioridad, pasa

a no presentar perdida de datos, y las demas cargas de trabajo del mismo vınculo

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 15

fısico no sufren de bloqueo de encabezado de lınea.

•  QoS basada en Directiva:  Puede usar QoS basada en directiva para adminis-

trar el trafico en las redes fısicas. QoS basada en directiva permite especificar el

control del ancho de banda de red en funcion del tipo de aplicacion, los usuarios y

los equipos. QoS basada en directiva se puede usar para administrar el trafico a fin

de ayudar a controlar los costos de ancho de banda, negociar los niveles de servicio

con los proveedores de ancho de banda o los departamentos comerciales y para

ofrecer una mejor experiencia del usuario final. Debido a que QoS basada en di-

rectiva esta integrada en la directiva de grupo, forma parte de la infraestructura

de administracion actual y, en consecuencia, es una solucion cuya implementa-

cion resulta rentable. QoS basada en directiva proporciona la capacidad para lo

siguiente:

–   Aplicar un ancho de banda mınimo para un flujo de trA¡fico, que se identifica

mediante un filtro de trafico de cinco tuplas.

–  Configure y consulte o vea directivas de QoS, que aplican un ancho de banda

mınimo y maximo, y marcado de punto de codigo de servicios diferenciados

(DSCP) o 802.1p en los paquetes filtrados, a traves de WMI y PowerShell.

–  Use editores de Directiva de grupo para configurar una directiva de calidad

de servicio ampliada (eQoS) a fin de etiquetar paquetes con un valor de

802.1p.

–   Configure directivas de QoS locales en los equipos que no estan unidos a un

dominio.

•   QoS basada en Hyper-V:  Puede usar QoS de Hyper-V para administrar el

trafico en la red virtual. En entornos hospedados, QoS de Hyper-V permite ga-

rantizar niveles de rendimiento especıficos segAon los contratos de nivel de servicio

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3.6 Calidad del servicio (Quality of Service) 16

(SLA) que ha acordado con sus clientes. QoS de Hyper-V ayuda a garantizar que

los clientes no se vean afectados ni comprometidos por otros clientes que se en-

cuentran en la infraestructura compartida, que puede incluir recursos de equipos,

almacenamiento y redes. Ademas, las redes empresariales pueden requerir una

funcionalidad similar. Mediante el uso de QoS de Hyper-V en su empresa, puede

ejecutar varios servidores de aplicaciones basados en maquina virtual en un servi-

dor host que ejecute Hyper-V y estar seguro de que cada servidor de aplicaciones

ofrezca un rendimiento predecible. QoS de Hyper-V proporciona la capacidad para

lo siguiente:

–   Exija un ancho de banda mınimo y maximo para un flujo de trafico, identi-

ficado con un numero de puerto de conmutador virtual de Hyper-V.

–   Configure el ancho de banda mınimo y maximo de cada puerto de con-

mutador virtual de Hyper-V con cmdlets de PowerShell o Instrumental de

administracion de Windows (WMI).

–   Configure varios adaptadores de red virtuales en Hyper-V y especifique la

QoS en cada adaptador de red virtual individualmente.

QoS de Hyper-V en Windows Server 2012 tambien puede usar hardware compa-

tible con el protocolo de puente del centro de datos (DCB) para converger varios

tipos de trafico de red en un solo adaptador de red con un nivel de servicio garan-

tizado para cada tipo de trafico. Con Windows PowerShell, es posible configurar

estas caracterısticas nuevas de forma manual o habilitar la automatizacion en un

script para administrar un grupo de servidores, independientemente de si dichos

servidores estan unidos a un dominio.

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3.7 Vınculo usuario - sistema robotico de telepresencia (SRT) 17

3.7 Vınculo usuario - sistema robotico de tele-

presencia (SRT)

El usuario debe iniciar la aplicacion del SRT en su dispositivo movil, a traves

de una interfaz amigable y de facil acceso para que los comandos de movimiento

puedan ser operados de forma clara. Los datos que adquiere el dispositivo movil

(tanto de movimiento del robot como de transmision de audio y video) se envıan

a traves de la red Wifi al SRT. Los comandos de movimiento son decodificados e

interpretados por un sistema electronico y de operacion ubicado en la base, que es

el Lego Mindstorms EV3 , mientras que la transmision de audio y video sera recibi-

da y entregada por la aplicacion del dispositivo movil ubicado en la parte superior.

Figura 3.3:  Flujo de datos del SRT.

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Capıtulo 4

Antecedentes

La autonomıa de un robot movil se fundamenta en el sistema de navegacion au-

tomatica, en el cual se incluyen tareas de planificacion, percepcion y control [15].

En anteriores proyectos se han realizado plataformas roboticas moviles de telepre-

sencia que son operadas por un usuario a traves de internet y salas de telepresencia

en las que se puede denotar como una evolucion corta de la videoconferencia, tales

como Cisco  RTelePresence   [26].

En [27], la companıa Cisco expresa:  ”Cisco  RTelePresence es una tecnologıa nue-

va que crea experiencias ´ unicas, en persona entre individuos, lugares y eventos en 

sus vidas personales y profesionales. Combina elementos innovadores de audio,

video e interactividad (tanto de hardware como de software) para conseguir esta 

experiencia a traves de la red.”

Teleoperacion

Se entiende como la extension de las capacidades sensoriales y de la destreza hu-

mana a una localizacion remota. Tambien se ultiliza el termino de ”teleactuacion”

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Antecedentes 19

para referirse a los aspectos especıficos de generacion de ordenes a los actuadores

y el termino ”telesensorizacion” para la capacitacion y visualizacion de informa-

cion sensorial [16].

Existen varias companıas que comercializan sistemas roboticos de telepresencia

de forma empresarial y medica, tales como:

– Beam Pro [5]:  Creado por la companıa estadounidense Suitable Techno-

logies que lo describe como  ”un sistema con una interfaz y caracterısticas 

intuitivas, que empujan los lımites de presencia inteligente. Caracterısticas tales como compartir la pantalla permiten la colaboraci´ on instant´ anea y na-

tural de miles de kil´ ometros de distancia”. Aunque no es una propuesta de

valor, ya que los demas sistemas tambien presentan esta como caracterıstica

basica.

Por ejemplo, la plataforma   ”Double”  es un sistema de teleconferencia movil que

facilita el desarrollo de conversaciones en cualquier lugar y en cualquier momento.

Para navegar, el ”Double” usa un giroscopio y un acelerometro. La plataforma que

utiliza es similar al Segway con la diferencia que cuando el usuario esta satisfecho

con la posicion en la que desea ubicarlo, solamente baja un pie y lo mantiene de

manera estable para que pueda permanecer en un solo lugar. El ”Double”  tiene la

posibilidad de ajustar la altura de la camara para que esta coincida con los ojos

de la persona con la que esta interactuando el usuario de manera remota.

El primer hito en el desarrollo de la telepresencia, se da con la propuesta de la

videotelefonıa, presentada en la Feria Mundial de Nueva York en 1963, en donde

se pudo asistir a la primera demostracion del servicio de teleimagen de AT&T [28].

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4.1 Telepresencia secular 20

El termino ”Telepresencia” se acuno por primera vez en 1980 por el cientıfico

Marvin Minsky en Estados Unidos, quien lo elaboro teniendo en mente una vi-

sion avanzada del concepto de teleoperacion en un futuro, con el fin de dar la

sensacion de estar presente en un lugar diferente  [29].

Uno de los campos mas atractivos para la telepresencia es el de los negocios. En

1993,”Teleport”, se enfoca en brindar a los empresarios la posibilidad de asistir o

estar en reuniones y tomar decisiones importantes [30].

En los siguientes anos, empresas como Telesuite, Destinity Conferencing, Cisco,

Polycom, entre otras, lograron avances importantes en el area de la telepresencia,

desarrollando ası mismo prototipos significativos correspondientes al tema  [31].

Las diferentes empresas, viendo la exigencia en cuanto a avances tecnologicos se

refiere, han hecho grandes inversiones [31], permitiendo ası que temas como el de

la telepresencia se hagan mas fuertes dıa a dıa.

En anteriores proyectos, tal y como lo menciona [32], se han realizado plataformas

roboticas moviles de telepresencia que son operadas por un usuario a traves de

internet y salas de telepresencia.

4.1 Telepresencia secular

Cisco Telepresence hizo parte de este cambio tecnologico de la historia. En [14],

la companıa Cisco expresa: ”Cisco TelePresence es una tecnologıa nueva que crea

experiencias unicas en persona entre individuos, lugares y eventos en sus vidas

personales y profesionales. Combina elementos innovadores de audio, video e in-

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4.1 Telepresencia secular 21

teractividad (tanto de hardware como de software) para conseguir esta experiencia

a traves de la red”.

Otro proyecto que tambien ha sido significativo, es la plataforma ”Double”   [33].

Un sistema de teleconferencia movil que facilita el desarrollo de conversaciones en

cualquier lugar y en cualquier momento. Para navegar, el  ”Double”   [33] usa un

giroscopio y un acelerometro. La plataforma que utiliza es similar al Segway con

la diferencia que cuando el usuario esta satisfecho con la posicion en la que desea

ubicarlo, solamente baja un pie y lo mantiene de manera estable para que pueda

permanecer en un solo lugar. El  ”Double”   [33] tiene la posibilidad de ajustar la

altura de la camara para que esta coincida con los ojos de la persona con la que

esta interactuando el usuario de manera remota. Tambien posee una camara a

abajo del ipad que mira directo al suelo para poder facilitar el manejo de la pla-

taforma en lugar estrechos o poco maniobrables.

Una de las partes mas interesantes e innovadoras de esta plataforma es el uso de

una baterıa de Lithium-Ion que tiene una duracion aproximada de 8 a 10 horas

dependiendo de su uso, como tambien la base donde se carga el ”Double” en el

cual, con tan solo 2 horas, se recarga completamente la baterıa.

La forma con que se diseno la base donde se recarga el  ”Double”   [33], hace que

acoplar la plataforma a la base de carga sea de una manera sencilla para la per-

sona que lo esta utilizando.

Hace ya algun tiempo, una empresa francesa de robotica desarrollo un robot de

telepresencia al que se le llamo E-One. Este sistema se usarıa como un medio para

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4.2 Telepresencia en la medicina 22

hacer vigilancia de la casa de una forma no comun [34]. Se trata de una gigantezca

webcam con ruedas que permite al usuario mover a su gusto el robot o la c amara

en cualquier lugar de la casa para lograr ver lo que ve el robot. Tiene un monitor

como si se tratara de una cabeza, y la idea es que se proyecte la imagen de un

humano que esta del otro lado, como si se tratara de una videoconferencia. Puede

operar aproximadamente de 4 horas, segun la carga de su baterıa.

Romo   [35], es un robot de telepresencia que puede controlarse desde cualquier

ordenador o dispositivo con el sistema operativo IOS, mediante invitaciones por

correo.

Se trata de un robot que va mas alla de videoconferencias. Tiene la capacidad

de jugar con ninos, supervisarlos e incluso darle las ordenes que el usuario desee

dejarles. Lo unico que se debe hacer para usarlo es descargar la aplicacion y tomar

las fotos o explorar el lugar donde se desee mediante la c amara que el posee. Tiene

algoritmos que le permiten adaptarse a su entorno y ademas es capaz de aprender

nuevas reacciones o aparentes sentimientos que se le ensenen. La telepresencia

tambien ha llegado hasta las familias con el fin de que se mantengan en un vınculo

mucho mas unido.

4.2 Telepresencia en la medicina

Ahora bien, la telepresencia ha tenido interesantes aplicaciones, pero una de las

mas importantes ha sido la de la medicina. Para el ano 1992, el ingeniero Philip-

pe Green desarrolla el concepto de ”cirugıa de telepresencia”, brindando ası una

gran ayuda a quienes se dedicaban a trabajar en la medicina [36]. Cabe aclarar

que Philippe pertenecıa al Stanford Research Institute y gracias al apoyo de esta

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4.2 Telepresencia en la medicina 23

institucion y ademas de la NASA y el departamento de defensa de los Estados

Unidos fue que logro el desarrollo de este proyecto [9].

En el ano 1998, se lanzo al mercado un robot con la tecnologıa de telepresencia

denominado  ”Zeus”   [37]. Fue con este que se introdujo el termino de telepresen-

cia en la cirugıa robotica [36]. Esta compuesto de tres brazos roboticos que se

situan en la mesa de operaciones y la consola del cirujano que esta en cualquier

lugar de la sala. Dos de los tres brazos son controles manuales, mientras que el

tercer brazo que es el que sostiene la camara, es comandado a traves de la voz del

cirujano. La consola del cirujano puede manejar el temblor del mismo, pero por

medio de algoritmos de filtrado, escala los movimientos del cirujano en un rango

menor. El principal problema de este prototipo es que era demasiado grande, que

no era practico y limitaba el espacio en las salas de cirugıa. Actualmente, ”Zeus”

va en decadencia puesto que el apoyo que se le brindaba en ventas, ha disminuido

considerablemente [36].

Figura 4.1:  Da Vinci Surgical system [38].

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4.2 Telepresencia en la medicina 24

Ası como ”Zeus”, el sistema quirurgico ”Da Vinci”  significo mucho para los ciru-

 janos.  Este era uno de los mas completos y desarrollados robots de telepresencia

en uso de la medicina. Se componıa de un carro de visualizacion, la consola del

cirujano y los brazos roboticos. Este sistema, permitıa que el cirujano controlara

directamente y en tiempo real, los movimientos de los instrumentos, ademas de

que la maquina reducıa los temblores naturales de las manos del cirujano. De

nuevo, el gran problema resultaba siendo el espacio que la maquina ocupaba en

las salas de cirugıa, puesto que reducıa considerablemente el espacio de aquellos

lugares; sin contar que el sistema estaba compuesto por innumerables cables y

conexiones en la sala, lo cual no dejaba de significar algo peligroso en una sala de

tanta importancia [36] [9].

”RP-VITA”   [39] es una de las mejores plataformas creadas por InTouchHealth y

iRobot. Esta plataforma fue disenada exclusivamente para la telemedicina, y su

proposito fundamental es aumentar la eficacia en el flujo de trabajo, como tam-

bien ampliar el uso en consultas en los pasillos de los hospitales.

”RP-VITA”   [39] es un robot de telepresencia que le permite a uno o varios medi-

cos interactuar de manera remota con los pacientes del hospital, ya sea para un

simple chequeo medico o como tambien para operaciones en estado crıticos. Como

cualquier otra plataforma mencionada con anterioridad, los medicos en cualquier

sitio que se encuentren tienen la autonomıa de dirigir al robot a cualquier sitio

dentro del hospital.

Una de las partes mas innovadoras del ”RP-VITA”   [39] y por el cual fue disenado

es un sistema de deteccion de obstaculos que tiene incorporado, el cual evita es-

trellarse contra objetos y personas a traves de su uso de laser, sonares, y sensores,

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4.3 Telepresencia en la educacion 25

como tambien el  ”RP-VITA”   [39] cuenta con un diseno para poder acceder a ul-

trasonidos y estetoscopios electronicos, y anadir a la plataforma los datos vitales

del paciente y los resultados de los laboratorios.

Un gran ejemplo del uso de las plataformas roboticas   ”RP-VITA”   [39], es que

el medico hace uso de una tablet para poder manejar y dirigir al robot hacia la

habitacion donde se encuentra el paciente mientras que el estudia los registros

clınicos de la persona.

4.3 Telepresencia en la educacion

Lo que probablemente no se penso, era que la telepresencia tambien significarıa un

gran avance para la educacion. En [40] se asegura que la ensenanza esta intrınse-

camente relacionada a la praxis, y esto definira hasta cierto punto la comprension

del sujeto en el aprendizaje, pero para sostener una clarificaci on de los errores o

exitos de este, se necesita una retroalimentacion. Es ahı donde la telepresencia

representa para la educacion un punto clave, puesto que llega a cubrir ciertos

vacıos que podrıan verse resueltos por medio de esta tecnologıa.

La tecnologıa en algunas ocasiones es solo defendida en cuanto a la educacion para

aumentar la eficiencia, pero tambien se debe tener en cuenta que la calidad de

la educacion puede verse aumentada gracias a la tecnologıa [41]. Segun estudios

realizados anteriomente con ninos estudiantes de basica primaria [42], la telepre-

sencia aumenta la motivacion de los ninos y su actitud hacia el aprendizaje, pero

se debe aclarar que esto no significa que los ninos respondan con sus responsabi-

lidades estudiantiles.

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4.4 Telepresencia en el entretenimiento 26

Figura 4.2:  Robots profesores manejados a distancia.

La conclusion de [3], es que aunque pueda parecer un avance en la educacion, esto

puede significar distraccion en algunas ocasiones para los estudiantes en lugar de

beneficiarlos, exceptuando las tareas donde habıa necesidad de mucha informacion

visual y contenido realista. A grandes rasgos, la telepresencia parece facilitar la

vida de muchas personas [14], aunque hay algunas personas en ciertas ocasiones

pueden parecer mostrar crıticas.

4.4 Telepresencia en el entretenimiento

A nivel experimental, algunos museos se han dado a la tarea de permitir a empre-

sas que desarrollen prototipos roboticos para que remplacen el papel de guıas al

interior de los museos. Algunos ejemplos que se pueden mencionar son el Museum 

 f¨ ur Kommunikation  en Berlın, Alemania; el Technorama  en Winterthur, Suiza; el

museo  City of Kids  en Genoa, Italia, entre otros [43].

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4.4 Telepresencia en el entretenimiento 27

Figura 4.3:  Telepresecia en un museo.

En el mencionado Museum f¨ ur Kommunikation  se desarrollaron 3 robots moviles

los cuales tienen sus propias particularidades cada uno. Uno de ellos se encarga

de animar al publico y presentar los saludos; el segundo, es el instructor que se

encarga de guiar al personal por el museo senalando detalles con el movimien-

to de su cabeza; y el tercero, es como el nino robot, puesto que todo el tiempoesta jugando con una pelota por todo el museo. Es importante recalcar que los

desarrolladores se han puesto en la tarea de eliminar los peligros a los visitantes

[44]. En cuanto a su desarrollo, los escritores revelan algunos detalles, como que

cada vehıculo esta equipado con dos ruedas motrices, que son capaces de mo-

verse a una velocidad de 1.2   m/s, cuatro ruedas giratorias son las encargadas de

mantener al robot erguido, un giroscopio en cada robot se encarga de rastrear la

orientacion de cada uno ademas de la deteccion de obstaculos [44].

Un robot que apela a la misma funcionalidad es  Minerva   [45], desarrollado en

el ano 1999 en el  Museo Nacional de Historia Estadounidense . En cuanto a su

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4.4 Telepresencia en el entretenimiento 28

hardware, este robot se caracteriza por sus sensores, camaras, motores, pantalla

sensible al tacto, entre otras. En cuanto a su software, a pesar de que fue realizado

ya hace casi 20 anos, tiene una gran capacidad. El robot usaba mapas previamen-

te aprendidos para poder navegar internamente en el museo y usa la tecnica de

odometrıa (estimacion de posicion). Usualmente, segun los desarrolladores   [45],

las personas suelen obstruir los sensores del robot, ya sea con las piernas, o las

camaras de la parte superior que siguen un mapeo en el techo mismo del museo.

Es por esto que se buscan soluciones alternativas. Por lo general, para la autoloca-

lizacion de robots, se usa un metodo conocido como el  metodo de autolocalizaci´ on 

de Markov  el cual toma informacion de los sensores y de odometrıa para realizar

sus calculos. En este robot, se empleo una version modificada del metodo [45].

En [43], se hace la presentacion de un robot de telepresencia llamado ”Tourbot”,

el cual tiene la misma funcion de ser un robot guıa. Los usuarios pueden sostener

una interaccion remota con el robot y este les darıa informacion correspondiente

al museo. Los objetivos con los que se inicio el proyecto, iban desde que el robot

tuviera la capacidad de moverse de forma autonoma por cualquier instalacion del

museo, facilitar la observacion a traves de una pagina web para el usuario, en

donde lo que se verıa del museo, serıa informacion visual aportada por el mismo

robot y por ultimo, permitirle a los usuarios informacion correspondiente a cual-

quier particularidad del museo. Cada usuario puede teleoperar al robot y dirigirlo

al lugar que sea de su interes en el museo o en su defecto, elegir recorridos que el

robot posee entre sus funciones [43].

Ahora bien, entre las diferentes capacidades que tiene el robot a nivel de software

y hardware, se encuentran el sistema de navegacion con la localizacion, la plani-

ficacion de rutas, y la deteccion de colisiones sumadole que las evita y continua

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4.4 Telepresencia en el entretenimiento 29

su recorrido [43].

Otro robot de telepresencia que se situa bajo esta misma lınea de pensamiento

y funcionalidad en museos es  Rhino. Usa cuatro sistemas de sensores diferentes

con el fin de lograr solucionar el problema de algunos obstaculos como algunas

exposiciones que estaban en vitrinas, los cuales se hacen casi invisibles a sensores

basados en la luz, camaras laser o infrarrojos [46]. A pesar de esto, las personas

que asistıan a las exhibiciones significaban un problema para el robot en algunos

casos, ya que al obstaculizar sus sensores, el robot elegıa algunas rutas que repre-

sentaban peligros para el mismo (escaleras). Los desarrolladores, se dieron a la

tarea de hacer una encuesta con respecto a la funcionalidad del robot y encontra-

ron ciertos detalles que valen la pena destacar. Los seres humanos naturalmente

se sienten bien cuando hay alguien que interactue con ellos, y en este caso, ese

valor agregado en el robot tiene un valor mucho mas representativo que la misma

capacidad que tiene de realizar movimientos y de navegacion.

Luego de ver esta funcionalidad que se le ha dado a la telepresencia emple andola

en los museos, se puede hacer un analisis y preguntar realmente por que se deberıa

tener en cuenta esta idea, a lo que podrıa responderse con que las generaciones

han cambiado y la tecnologıa ha avanzado a pasos grandes  [43]. Lo que buscan

los museos es alcanzar una visita mas grande y definitivamente esta tecnologıa es

una herramienta a favor de estos lugares para todo el publico. De hecho, algunos

escritores han dado porcentajes alentadores, mostrando que en algunos casos, la

asistencia al museo donde se pudo haber usado robots con telepresencia crecio mas

de un 50% [46], lo que es un valor comprometedor.

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Capıtulo 5

Desarrollo

5.1 Construccion de la aplicacion

Se realiza la programacion de la aplicacion movil en lenguaje XML y Java, por

la familiaridad en el entorno multimedial. Se parte del hecho que se debe utilizar

un servidor RTSP para el envıo del audio y video capturado por la sistema, y se

realiza la investigacion sobre la constante ”HTTTPurl” que es la encargada de

hospedar la direccion IP donde esta temporalmente nuestros datos multimedia. El

procedimiento de captura de imagen se ejecuta con la funcion ”CAMERA” [47]

del SDK de Android y a su vez la funcion ”RECORDED” [48]  para la captura

del audio, estos datos multimedia son enviados a una repositorio en la tarjeta SD

del dispositvo movil de forma temporal, para que un usuario pueda reproducirlos

desde su ordenador a traves de un portal web. El almacenamiento temporal de los

datos multimedia no se realiza, ya que para ello es necesario poseer un servidor

RTSP; ademas de que despues de una investigacion mas a fondo sobre este metodo,

es posible que la transmision sea tardıa, por tal motivo se empieza a investigar

otro tipo ruta programable para lograr el resultado deseado.

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5.1 Construccion de la aplicacion 31

Despues de investigar, se reconoce la conexion Wifi como la manera mas efectiva

de transmision de datos multimedia, por encima de la conexion bluetooth, ya que

la conexion Wifi tiene hasta 15 metros de alcance de senal optima en comparacion

de la conexion bluetooth que solo tiene hasta 10 metros de alcance de senal opti-

ma; igualmente se reconfirma esta decision al escoger la plataforma robtica Lego

Mindstorms Education que se conecta con el sistema operativo android a traves

de conexion bluetooth, impidiendo el envıo de datos a otro dispositivo. Es utili-

zada la clase WifiManager [49] propia de Android para acceder a los permisos de

este sistema operativo y poder transmitir a traves de la red local. Dos usuarios de

sesion son instanciados, uno como emisor y otro como receptor, el usuario siendo

el emisor y el SRT el receptor. Cada uno de estos debe crear la sesion y realizar

la conexion presionando el boton como lo dice la interfaz respectivamente. En ese

momento es necesario ejecutar la transmision de datos, autorizando en el SRT la

llegada de estos presionando el boton verde para recibirlos.

Figura 5.1:  Interfaz de inicio de la aplicacion del SRT.

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5.1 Construccion de la aplicacion 32

Para el cumplimiento de las acciones ordenadas se importan las librerıa de sopor-

te   “android-support-v4”  y las librerıas de Quickblox [50]  “quickblox-android-sdk-

chat-2.2.6”,  “quickblox-android-sdk-core-2.2.6” y  “quickblox-android-sdk-videochat-

webrtc-2.2.6”, que son las encargadas del envıo de los datos multimedia sin nece-

sidad de un servidor propio.

Figura 5.2:   Interfaz de videollamada de la aplicacion del SRT.

Teniendo lista la comunicacion entre dispositivos moviles a traves de una red WiFi,

se realiza la implementacion de la conexion entre el dispostivo movil del usuario

y la plataforma robotica a traves de Bluetooth, ya que esta tiene un software

de reconocimiento de comandos muy amigable con Bluetooth. Graficamente se

vectorizan unas flechas, metaforizando la direccion de la plataforma (adelante,atras, izquierda y derecha) y se crea un slider para que el usuario pueda manejar

la sensibilidad en cuanto a potencia de esta.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 33

Figura 5.3:   Interfaz de control de la plataforma.

5.2 Seleccion de la plataforma robotica

Una parte esencial en el momento de construir, adquirir o elegir una plataforma

robotica es el chequeo de los requerimientos necesarios de funcionamiento como

el tamano, la movilidad, la resistencia y su estructura mecanica.

La ventaja de obtener una plataforma robotica movil ya establecida en el mer-

cado, es la garantıa de su correcto funcionamiento. A continuacion se presentan

cinco plataformas que se consideraron con sus respectivas caracterısticas.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 34

5.2.1 DIY tanque de juguete RC

La plataforma robotica DIY tanque de juguete RC tiene un tamano de 280x250

mm2 y tiene una altura de 60mm, utiliza un marco de metal que lo hace ver con

una estructura solida y robusta, y con un peso alrededor de 2 Kg. Utiliza dos

motores de corriente continua de alta potencia que le brinda buen torque. Tiene

un precio aproximado de 232.631 COP [51].

Figura 5.4:  Plataforma DIY tanque de juguete RC [51].

Las caracterısticas mas relevantes son:

–   Estructura en metal.

–   Estructura solida.

–  Motor con la utilizacion de 12 V para 50 rpm o 24 V para 100 rpm.

–  Puede mover una masa entre 5 y 10 Kg.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 35

5.2.2 Tanque RC Caterpillar

La plataforma robotica Tanque RC Caterpillar mide aproximadamente 170x167

mm2 y 80 mm de altura, tiene una masa cercana a 1 Kg. Cuenta con un sistema de

traccion tipo oruga para terrenos planos. Tiene un precio aproximado de 199.077

COP. [52]

Figura 5.5:  Plataforma Tanque RC Caterpillar [52].

Sus atributos son:

–   Estructura solida.

–   Estructura de aluminio.

–  Funciona con un voltaje de 9 V.

–  Motor de corriente continua que puede producir 200 rpm a 9 V.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 36

5.2.3 ALSRobotBase 4WD (Harbin Alseon Robotics Tech-

nology Co.)

Tiene un tamano de 206x200 mm y una altura de 120 mm2, con un peso aproxima-

do de 1.28 Kg. Tiene un sistema de traccion de cuatro ruedas de alto rendimiento,

resistente a la abrasion, a la vibracion y con un agarre fuerte. Una placa de so-

porte que puede alojar controladores y sensores gracias a los agujeros de montaje

que posee. Tiene un precio aproximado de 183.545 COP [53].

Figura 5.6:  Plataforma ALSRobotBase 4WD [53].

Las caracterısticas de esta plataforma son:

–   Estructura de aluminio.

–   Motor de corriente electrica que proporciona 120 rpm.

–  Funciona con un voltaje de 12 V y una corriente de 0.37A.

–  Llega a ejercer un maximo de torque de 55.3 Nm.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 37

5.2.4 Rover 5 con Encoders

La estructura de plastico resistente de la plataforma tiene unas medidas estimadas

de 245x225 mm2, una altura de 75 mm y un peso aproximado de 0.72 Kg. Cuenta

con sistema de traccion tipo oruga que le permite pasar por encima de la mayorıa

de superficies y terrenos irregulares, donde su principal uso es en los interiores de

las edificaciones. Tiene un precio de 195.000 COP [54].

Figura 5.7:  Plataforma Rover 5 con Encoders [54].

Las principales caracterısticas de esta plataforma son:

–  Estructura de plastico resistente.

–   Soporte de 6 baterıas AA.

–  Cuatro motores de corriente continua que puede llegar a una velocidad maxi-

ma de 25 cm/s.

–  Voltaje de 7.2 V.

–  Tiene capacidad de escalar pendientes que no sean muy empinadas, restrin-

gido simplemente por la friccion.

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5.2 Seleccion de la plataforma robotica 38

5.2.5 Lego Mindstorms Education

La plataforma posee unas dimensiones maximas de 117 x 381 x 384 mm2 depen-

diendo como lo desee el usuario y una masa de 2.08 Kg. Cuenta con 3 servomotores

incluidos, con sensores de rotacion que permite mantener una velocidad estable

para un mejor control, y aseguran la precision en el movimiento del robot. Posee

un bloque inteligente con microprocesador de 32 bits, mas memoria y memoria

flash, con un ambiente de programacion sencilla, intuitiva y basada en iconos de

arrastrar y soltar. Contiene un sistema de traccion tipo oruga que se utiliza para

poder recorrer por terrenos irregulares o con grado de inclinacion leve. Igualmen-

te posee sensores que le ayudan a reaccionar segun a la circunstancia que se vea

involucrado.

Figura 5.8:  Plataforma Lego Mindstorms Education [1].

Las caracterısticas destacables de esta plataforma son:

–   Estructura de plastico: 550 elementos seleccionados para una contruccion

robusta y duradera.

–   Soporte de 6 baterıas AA.

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5.3 Sıntesis de la plataforma roboticas 39

–  NXT: cerebro del robot Mindstorms.

–  Sensor de toque, sensor de sonido, sensor de luz, sensor de ultras onico.

–   3 servomotores.

5.3 Sıntesis de la plataforma roboticas

En la tabla  5.1   se muestran las caracterısticas mas notables de las plataformas

roboticas mencionadas anteriormente.

Cuadro 5.1:  Comparacion de las Plataformas.

Plataforma Medidas(mm)

Masa(Kg)

Fuentede poder

Traccion Precio(COP)

DIY tanque de jugue-te RC

280 x 250x 60

2 Baterıa de9 y 12 V

2 correas (oru-ga)

232.631

Tanque RC Caterpi-llar

170 x 167x 80

1 Baterıa de9 V

2 correas (oru-ga)

199.077

ALSRobotBase 4WD   206 x 200

x 120

1.28 Baterıa de

12 V

4 ruedas de alto

rendimiento

183.545

Rover 5 con Encoders   245 x 225x 75

0.72 6 BaterıasAA

2 correas (oru-ga de gomaelastica)

195.000

Lego MindstormsEducation

117 x 381x 384

2.08 6 BaterıasAA

2 correas (oru-ga de plastico),2 ruedas de go-ma y una ruedaloca.

1.374.553

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5.4 Estructura del sistema robotico de telepresencia 40

5.4 Estructura del sistema robotico de telepre-

sencia

Se opta por utilizar una plataforma robotica que cumpla con todas las caracterısti-

cas y requisitos necesarios en el proyecto. A continuacion se proporcionan los re-

quisitos exigidos para una plataforma y por que la ”Lego Mindstorms Education.es

la indicada para la realizacion de dicho trabajo:

–  Su sistema de traccion debe pasar por superficies o terrenos no homogeneos.

–  La plataforma debe contar con el area suficiente para albergar la fuente de

alimentacion que se va a utilizar y todos los componentes electr onicos que

van a ir en su interior como tambien en su exterior.

–  Poder ajustar la altura de la plataforma.

Figura 5.9:  Estructura del sistema robotico de telepresencia

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Capıtulo 6

Pruebas de usabilidad

Despues de realizar pruebas de calidad del servicio del audio, video y comandos,

se concluye que:

–   El audio y video (transmitido a traves de WiFi), tiene una velocidad de

transmision aproximada a 250 Mbps y una distancia maxima de 15 metros

a la redonda.

–  Los comandos de direccion y potencia de la plataforma (transmitido a traves

de WiFi), tiene una velocidad aproximada a 20 Mbps y una distancia maxima

de 10 metros a la redonda.

–   No hay impedimentos fısicos para evitar el buen funcionamiento del SRT.

Las pruebas de experiencia se realizan sobre un conjunto de 15 usuarios; a cada

usuario se le explica las bases necesarias para utilizar el SRT de manera adecuada

y posteriormente manipular la plataforma, posicionando en un casa al usuario en

el segundo piso y el SRT en el primer piso. Finalmente, se le designa al usuario un

cuestionario con 5 preguntas que permite adquirir informacion sobre la funcion y

el desempeno del sistema.

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Pruebas de usabilidad 42

1. En una calificacion de 1 a 5 (siendo 1 la calificacion de “muy difıcil” y 10

“muy facil”), ¿que tan complicado le parecio manipular la plataforma?

Figura 6.1:  Resultados de la pregunta 1 del cuestionario.

–   El 93.3 % de los usuarios considero que la manera como se empleaba la

plataforma y los dispositivos moviles era la adecuada.

2. Tuvo problemas con la garantizacion de la calidad del servicio (fluidez, co-

nexion estable)?

Figura 6.2:  Resultados de la pregunta 2 del cuestionario.

–   Segun los resultados de esta pregunta, el 100 % de los usuarios quedaron

totalmente satisfechos.

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Pruebas de usabilidad 43

3. ¿Sintio dificultad al operar la plataforma con un dispositivo movil y al mismo

tiempo observar el recorrido de la esta?

Figura 6.3:  Resultados de la pregunta 3 del cuestionario.

–   El 100 % de los usuarios consideraron que no tuvieron dificultad en ope-

rar y observar el recorrido de la plataforma.

4. ¿Es agradable utilizar la plataforma de esta manera?, si no es agradable,

¿que le agregarıa o le quitarıa?

Figura 6.4:  Resultados de la pregunta 4 del cuestionario.

–   De quince usuarios, diez le agregarıan una mejor traccion a la platafor-

ma y punto maximo hasta donde se extiende esta, es decir que el 66.6 %

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Pruebas de usabilidad 44

de los usuario le cambiaria y/o agregarıa algun artefacto a la plataforma

para su mejorıa. Los otros 5 aseguraron que es agradable.

5. ¿Considera que la plataforma responde de una manera adecuada a las ordenes

entregadas?

Figura 6.5:  Resultados de la pregunta 5 del cuestionario.

–   El 100 % de las personas concluyeron que el sistema responde de una

manera adecuada y acertada a sus ordenes.

Al analizar y comparar la respuestas de los usuarios frente al cuestionario que

se les designa, se puede concluir que el prototipo desarrollado en este proyecto

de grado cumple satisfactoriamente con todos los objetivos que se propuestos. Se

observa que el sistema tiene dificultades en el momento de recorrer terrenos que

no sean totalmente planos o que tengan inclinaciones, debido a que al material

en el que esta hecha la traccion de la plataforma, hace que deslice sobre algunos

terrenos. De la misma forma se reconoce como lımite la distancia de conexion, ya

que se restringe al rango de alcance de la red Wifi.

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Capıtulo 7

Conclusiones

Este proyecto desarrolla un sistema robotico de telepresencia que permite al usua-

rio tener una mejor experiencia para trasladarse a otros lugares por medio de un

dispositivo movil. Un robot es controlado por el usuario desde un lugar remoto

en el cual le es permitido la transmision y recepcion de audio y video, siendo libre

de dirigir la plataforma hacia la direccion que el usuario ordene, escuchando y

viendo en tiempo real lo que el sistema esta percibiendo en su entorno.

Los usuarios que manipularon el SRT, luego de una induccion basica del modo de

de uso de la aplicacion, concluyeron que es un sistema que trabaja de manera opti-

ma y de buena utilidad, especialmente en el entorno laboral, ya que en momentos

de suma importancia les gustarıa trasladarse a otro lugar sin necesidad de estar

fısicamente en este, y ası, tomar decisiones en tiempo real con las autorizaciones

y criterios suficientes, disminuyendo cualquier tipo de riesgos.

Para el perfeccionamiento del modelo, es necesario mejorar el sistema de traccion

para acondicionamiento de la camara de tal manera que tenga un alcance mas

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7.1 Trabajos futuros 46

amplio para el usuario, especialmente lo relacionado con el traslado del equipo de

un lugar a otro.

Este diseno permitio poner en practica parte de los conocimientos durante la for-

macion recibida, e identificar la gran utilidad e impacto que se puede tener sobre

la innovacion tecnologica en nuestro medio, garantizando a la sociedad maneras

de desarrollarse cada dıa mejor.

7.1 Trabajos futuros

Como primera instancia, realizar la conexion a traves de internet utilizando un re-

positorio en RTSP y otro UDP, para hospedar temporalmente los datos enviados

por el usuario y que el SRT los reciba, para ası dar accion a la orden requerida.

Este serıa un fin necesario si se piensa comercializar, ya que requiere inversion en

el alquiler de los servidores.

Se considera de manera pertinente, integrar en la plataforma un sistema donde

el usuario pueda cambiar y ajustar la altura de manera remota a traves de la

aplicacion, esto con el fin de que el usuario calcule la posicion de la camara y esta

coincida con los ojos de las personas que esta interactuando.

Tambien se apoya la idea de realizar un software que le muestre de manera opor-

tuna al usuario que esta controlando la plataforma, un mensaje cuando la baterıa

este a punto de terminar, para ası poder retornar al punto mas cercano de carga.

Por ultimo, disenar un mecanismo de gestion de calidad de servicio extremo a

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7.1 Trabajos futuros 47

extremo, desde el dispositivo movil del usuario en una red local al dispositivo

movil del SRT en otra red local, ya que con la inclusi on de los servidores en

RTSP y UDP, existe mas riesgo de perdida de datos.

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[44] B. Graf, R. D. Schraft, and J. Neugebauer, “A mobile robot platform forassistance and entertainment,” in   International Symposium on Robotics,Montreal, Canada . Citeseer, 2000, accedido por ultima vez el 06/10/2015.[Online]. Available:  http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.13.2115&rep=rep1&type=pdf 

[45] S. Thrun, M. Bennewitz, W. Burgard, A. B. Cremers, F. Dellaert, D. Fox,D. Hahnel, C. Rosenberg, N. Roy, J. Schulte   et al., “Minerva: A second-generation museum tour-guide robot,” in   Robotics and automation, 1999.Proceedings. 1999 IEEE international conference on , vol. 3. IEEE, 1999.

[46] W. Burgard, A. B. Cremers, D. Fox, D. Hahnel, G. Lakemeyer, D. Schulz,W. Steiner, and S. Thrun, “Experiences with an interactive museum tour-guide robot,”  Artificial intelligence , vol. 114, no. 1, pp. 3–55, 1999.

[47] A. Developers, “Camera,” 2011, accedido por ultima vez el 06/10/2015. [On-line]. Available:   http://developer.android.com/intl/es/guide/topics/media/camera.html

[48] ——, “Media recorder,” 2011, accedido por ultima vez el 06/10/2015. [On-line]. Available:   http://developer.android.com/intl/es/reference/android/media/MediaRecorder.html

[49] ——, “Wifimanager,” 2011, accedido por ultima vez el 06/10/2015. [On-line]. Available:   http://developer.android.com/intl/es/reference/android/net/wifi/WifiManager.html

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REFERENCIAS 52

[50] E. Quickblox, “About quickblox,” 2015, accedido por ultima vez el06/10/2015. [Online]. Available: https://quickblox.com/about/

[51] G. AliBaba, “Diy tanque de juguete rc,” 2015, accedido por ultima vez el06/10/2015. [Online]. Available: http://goo.gl/3RX5L1

[52] ——, “Tanque rc caterpillar,” 2015, accedido por ultima vez el 06/10/2015.[Online]. Available: http://goo.gl/FCYPQI

[53] I. Amazon.com, “Diy tanque de juguete rc,” 2015, accedido porultima vez el 06/10/2015. [Online]. Available:   http://www.amazon.com/ALSRobotBase-Aluminum-Mobile-Robot-Platform/dp/B00ME4FI2U/ref=sr 1 11?ie=UTF8&qid=1426167595&sr=8-11&keywords=robotic+platform

[54] T. Robotica, “Chasis oruga dagu rover 5 con encoders,” 2015, accedido porultima vez el 06/10/2015. [Online]. Available:  http://tienda.tdrobotica.co/

producto/544

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Capıtulo 8

Anexos

8.1 Cuestionario

1. En una calificacion de 1 a 10 (siendo 1 la calificacion de “muy difıcil” y 10

“muy facil”), ¿que tan complicado le parecio manipular la plataforma?

2. Tuvo problemas con la garantizacion de la calidad del servicio (fluidez, co-

nexion estable)?

3. ¿Sintio dificultad al operar la plataforma con un dispositivo movil y al mismo

tiempo observar el recorrido de esta?

4. ¿Es agradable utilizar la plataforma de esta manera?, ¿si no es agradable,

que mas le agregarıa o le quitarıa?

5. ¿Cree usted que la plataforma responde de una manera adecuada a las orde-

nes entregadas?