SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ PARA PERSONAS CON ...
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SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD MOTRIZ Jorge Alejandro Gaitán Albarracín, Luis Ernesto Velasco Waltero, Juan Camilo Valencia Hurtado y Luis Alejandro Tocarruncho Ariza Fundación Universitaria Unipanamericana – Compensar Facultad de Ingeniería, Ingeniería de Telecomunicaciones Bogotá, Colombia Año 2019
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SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
MOTRIZ
Jorge Alejandro Gaitán Albarracín, Luis Ernesto Velasco Waltero, Juan Camilo Valencia Hurtado y Luis
Alejandro Tocarruncho Ariza
Fundación Universitaria Unipanamericana – Compensar
Facultad de Ingeniería, Ingeniería de Telecomunicaciones
Bogotá, Colombia
Año 2019
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SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
MOTRIZ
Jorge Alejandro Gaitán Albarracín, Luis Ernesto Velasco Waltero, Juan Camilo Valencia Hurtado y Luis
Alejandro Tocarruncho Ariza
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero de Telecomunicaciones
Director (a):
Luis Guillermo Molero Suarez
Línea de Investigación:
Redes, Telemática y Telecomunicaciones.
Fundación Universitaria Unipanamericana – Compensar
Facultad de Ingeniería, Ingeniería de Telecomunicaciones
Bogotá, Colombia
Año 2019
iii
Dedicatoria
A nuestras familias quienes con su esfuerzo y apoyo
inagotable durante el transcurso de nuestra vida han
hecho de nosotros personas con valores imborrables que
siempre van a perdurar y se van a reflejar en cada una de
nuestras acciones
A nuestros docentes por compartir su conocimiento con
nosotros, formando bases sólidas para poder lograr cada
una de las metas trazadas a nivel profesional
A cada uno de los procesos que vivimos durante el curso
de la carrera de Ingeniería de telecomunicaciones
porque fue desde allí que empezamos a incursionar por
herramientas tecnológicas tic– internet de las cosas que
nos invita a seguir investigando y dar aportes a la
sociedad.
iv
Agradecimientos Como equipo de trabajo y compañeros de estudio agradecemos primeramente a Dios por darnos la
fortaleza para poder llevar a cabo este proyecto de investigación.
A nuestro director de tesis el ingeniero Luis Guillermo Molero Suarez, quien con sus conocimientos y
sus valiosos aportes oriento el proceso de esta investigación.
Al grupo de investigación GISS, por sus aportes y oportuna asesoría.
A cada una de las fuentes personales que brindaron sus aportes de una manera desinteresada para
que este proyecto de investigación se realizara en cada una de sus etapas.
v
Declaración
Los autores certifican que el presente trabajo es de su autoría, para su elaboración se han respetado
las normas de citación tipo APA, de fuentes textuales y de parafraseo de la misma forma que las citas
se referencian y se declara que ninguna copia textual supera las 400 palabras. Por tanto, no se ha
incurrido en ninguna forma de plagio, ni por similitud ni por identidad. Los autores son responsables
del contenido y de los juicios y opiniones emitidas.
Se autoriza a los interesados a consultar y reproducir parcialmente el contenido del trabajo de
investigación titulado: “Sistema de reconocimiento de voz para personas con discapacidad
motriz”, siempre que se haga la respectiva cita bibliográfica que dé crédito al trabajo, sus autores y
otros.
Luis Ernesto Velasco Waltero Juan Camilo Valencia Hurtado Luis Alejandro Tocarruncho Ariza Jorge Alejandro Gaitán Albarracín
vi
Resumen El presente proyecto de grado tiene como objetivo diseñar un prototipo de sistema de reconocimiento
de voz para personas con discapacidad motriz, este tiene la finalidad de mejorar la calidad de vida de
las personas con discapacidad motriz en sus hogares. Para alcanzar el propósito se tomaron como
referencia una serie de investigaciones y estudios científicos, los cuales establecen diversos
cuestionamientos que despejaron las incógnitas que giran en torno a la discapacidad dando luz al
desarrollo del prototipo.
El proyecto de investigación desarrollado se compone de un sistema de reconocimiento de voz
mediante el uso de un módulo ESP32 y tecnología móvil, la cual permite diseñar una aplicación tipo
domótico utilizando el software AI2 para el sistema operativo Android, que brinda la posibilidad de
activar y dar instrucciones básicas en el teléfono móvil por medio del sistema de reconocimiento de
voz “Google Assitant” en el hogar.
Palabras clave: AI2, ESP32, HTTP, WIFI, M2P, GOOGLE ASSISTANT.
vii
Abstract The purpose of this degree project is to design a prototype voice recognition system for people with
motor disabilities. This project aims to improve the quality of life of disabled people in their homes.
To achieve this purpose, a series of investigations and scientific studies were taken as reference,
which are various questions that cleared up the unknowns that revolve around disability, giving birth
to the development of the prototype.
The research project developed consists of a voice recognition system through the use of an arduino
Esp32 and mobile technology which allows to design a home automation application using the APP
inventor 2 software for the Android operating system, which provides the possibility of activate and
give basic instructions on the mobile phone through the voice recognition system "google assistant"
at home.
Keywords: AI2, ESP32, HTTP, WIFI, M2P, GOOGLE ASSISTANT.
viii
Contenido
PÁG.
Resumen ...................................................................................................................................................................................... vi Lista de figuras – ilustraciones ..............................................................................................................................................x Lista de tablas ............................................................................................................................................................................ xi 1 Capítulo I ............................................................................................................................................................................. 1
1.1. Introducción ................................................................................................................................................................................... 1 1.2. Planteamiento del Problema ................................................................................................................................................... 4 1.3. Formulación del Problema ....................................................................................................................................................... 8 1.4. Objetivos .......................................................................................................................................................................................... 8
1.4.1. Objetivo general ................................................................................................................................................................ 8 1.4.2. Objetivos específicos ....................................................................................................................................................... 8
1.5. Justificación .................................................................................................................................................................................... 9 1.6. Delimitación ................................................................................................................................................................................ 11
1.6.1. Alcances ............................................................................................................................................................................. 11 1.6.2. Limitaciones ..................................................................................................................................................................... 12
2 Capítulo II .......................................................................................................................................................................... 13 2.1. Antecedentes ............................................................................................................................................................................... 13 2.2. Marco Teórico ............................................................................................................................................................................. 18
2.2.1. La discapacidad .............................................................................................................................................................. 18 2.2.2. Deficiencia ........................................................................................................................................................................ 19 2.2.3. Discapacidad .................................................................................................................................................................... 19 2.2.4. Minusvalía......................................................................................................................................................................... 20 2.2.5. Tipos de discapacidad ................................................................................................................................................. 20 2.2.6. La discapacidad en Colombia en cifras ................................................................................................................ 23 2.2.7. Limitaciones de personas en condición de discapacidad motriz ............................................................. 27
2.3. Definición de Conceptos .......................................................................................................................................................... 29 2.3.1. Domótica ........................................................................................................................................................................... 29 2.3.2. M2P ...................................................................................................................................................................................... 29 2.3.3. Redes de acceso .............................................................................................................................................................. 30 2.3.4. Protocolos de comunicación ..................................................................................................................................... 31 2.3.5. Sistemas de control ...................................................................................................................................................... 32 2.3.6. Microcontroladores ...................................................................................................................................................... 33 2.3.7. Google assistant ............................................................................................................................................................. 35 2.3.8. Servomotor....................................................................................................................................................................... 35 2.3.9. Lenguaje de programación ........................................................................................................................................ 36 2.3.10. Reconocimiento de voz ............................................................................................................................................... 37 2.3.11. Arquitectura de un sistema de reconocimiento de voz ................................................................................ 37 2.3.12. Alternativas actuales del reconocimiento de voz............................................................................................ 38
2.3.12.1. Enfoque acústico-fonético ........................................................................................................................................... 38 2.3.12.2. Enfoque de patrones ...................................................................................................................................................... 38 2.3.12.3. Enfoque de la inteligencia artificial ........................................................................................................................ 39
2.3.13. Metodología de investigación tecnológica ......................................................................................................... 39 2.4. Términos Comunes ................................................................................................................................................................... 42
3 Capítulo III ........................................................................................................................................................................ 43 3.1. Metodología del Proyecto ...................................................................................................................................................... 43
3.1.1. Identificación ................................................................................................................................................................... 43 3.1.2. Exploración ...................................................................................................................................................................... 44 3.1.3. Diseño ................................................................................................................................................................................. 44 3.1.4. Planificación..................................................................................................................................................................... 59 3.1.5. Construcción .................................................................................................................................................................... 62
ix
3.1.6. Evaluación ........................................................................................................................................................................ 74 3.1.7. Divulgación ....................................................................................................................................................................... 75
3.2. Conclusiones ................................................................................................................................................................................ 76 4 Bibliografía ....................................................................................................................................................................... 77
x
Lista de figuras – ilustraciones PÁG.
Ilustración 1 Personas con discapacidad en Colombia........................................................................................... 25
Ilustración 2. Personas con discapacidad según el estrato socioeconómico................................................. 26
Ilustración 3 Diagrama de bloques funcionamiento de los dispositivos ........................................................ 50
Ilustración 4 Cliente-servidor HTTP .............................................................................................................................. 51
Ilustración 5 Topología estrella sistema domótico .................................................................................................. 52
Ilustración 6 Pinout ESP32 ................................................................................................................................................ 55
Ilustración 7 Interfaz de usuario pantalla de inicio transitoria .......................................................................... 64
Ilustración 8 Pantalla de bienvenida ............................................................................................................................. 65
Ilustración 9 Información Aplicación Prevoice ......................................................................................................... 66
Ilustración 10 Menú de opciones principal ................................................................................................................. 67
Ilustración 11 Interfaz de usuario menú de opciones ............................................................................................ 68
Ilustración 12 Interfaz de usuario serie de funciones ............................................................................................ 69
Ilustración 13 Sistema de respaldo ................................................................................................................................ 70
Ilustración 14 Despiece del material. Fuente: Propia ............................................................................................. 72
Ilustración 15 Cortes CNC Laser ...................................................................................................................................... 72
Ilustración 16 Montaje prototipo. ................................................................................................................................... 73
Ilustración 17 Acabado de maqueta en funcionamiento ....................................................................................... 74
xi
Lista de tablas PÁG.
Tabla 1 Número de personas en condición de discapacidad en Colombia .................................................... 25
Tabla 2 Ocupación de las personas en condición de discapacidad en los últimos 6 meses .................... 27
Tabla 3 Matriz DOFA de la tecnología WIFI ................................................................................................................ 47
Tabla 4 Matriz DOFA Microcontrolador ESP32 ......................................................................................................... 49
Tabla 5 Pinout ESP32 ........................................................................................................................................................... 56
Tabla 6 Cronograma de actividades ............................................................................................................................... 59
Tabla 7 Costos del proyecto ............................................................................................................................................... 61
xii
Lista de Anexos PÁG.
Anexo A. Pruebas de software (Black box testing) .................................................................................................. 83
Anexo B. Evaluación de usabilidad (SUS)..................................................................................................................... 87
Anexo C. Manual de usuario............................................................................................................................................... 88
Anexo D. Cartilla ..................................................................................................................................................................... 89
Anexo E. Documentación de Software ........................................................................................................................... 90
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1 Capítulo I
1.1. Introducción
Existen diferentes tipos de discapacidad, entre ellas, motriz, visual, mental, auditiva, del lenguaje,
entre otras, estas son adquiridas desde la gestación, el nacimiento, la infancia o desde otra etapa de
la vida por diferentes situaciones. En algunos casos, las personas que padecen estas condiciones son
excluidas en el ámbito social, laboral, educativo, cultural y en el hogar, sin embargo, existen
organizaciones que apoyan esta condición promoviendo la inclusión y respeto por parte de la
sociedad, incluso, exhiben datos estadísticos sobre las diferentes problemáticas, entre la que prima
la igualdad en oportunidades.
Así mismo, en el marco del desarrollo mundial se plantea la inclusión social de los grupos de
personas que a lo largo de la historia se han visto afectadas o vulneradas. Dentro de este grupo se
encuentran las personas en condición de discapacidad, es por esta razón que los gobiernos
contemplan en sus planes de desarrollo medidas que les permitan garantizar la participación
ciudadana y la inclusión social y laboral en condiciones dignas y bajo los principios de los derechos
humanos. (Organización Mundial de Naciones Unidas, 2015).
Así pues, se considera que quienes padecen discapacidad deben tener la oportunidad de
participar activamente en los procesos de toma de decisiones en política y programas que los
beneficie o los afecte directamente, como lo es la convención sobre los derechos de las personas en
condición discapacidad por parte Oficina del Alto Comisionado de las Naciones Unidas para los
Derechos Humanos (ACNUDH), quien se encarga de validar y realizar un minucioso informe sobre
las medidas que hayan adoptado los estados para cumplir sus compromisos previos. (OEA, 2017)
Resultado de estos acercamientos es la conformación del Comité de los Derechos de las Personas
con Discapacidad (CRPD), quienes se reúnen normalmente en Ginebra dos veces al año para
2
determinar, evaluar y exponer los avances que se han logrado durante este periodo en materia de
inclusión de personas en condición de discapacidad.
De este modo, los diferentes países han organizado y fortalecido sus políticas públicas que
pretenden eliminar la barrera de la estigmatización social; fruto de estas propuestas es el
Departamento de Inclusión Social (DIS) atendido por la Organización de Estados Americanos (OEA),
cuyo propósito es promover artefactos normativos del Sistema Interamericano sobre la materia: La
Convención Interamericana para la Eliminación de Todas las formas de Discriminación contra las
Personas con Discapacidad (CIADDIS) y el Programa de Acción para el Decenio de las Américas por
los Derechos y la Dignidad de las Personas con Discapacidad (PAD). (OEA, 2017)
La presente investigación pretende identificar algunas necesidades de la población con
discapacidad motriz, a través de los datos y censos suministrados por diferentes organizaciones, con
el fin de brindar una solución que impacte este segmento de la población y de esta manera mejorar
la calidad de vida de las personas que padecen esta condición.
Dicho lo anterior, la investigación se enfocará en el desarrollo de un sistema de reconocimiento
de voz para personas con discapacidad motriz, mediante el uso de una herramienta ineludible como
lo es Internet. Se usará los principios del internet de las cosas o Internet of Things, conocido por sus
siglas en inglés (loT), cuya finalidad es permitir la interacción y conectividad de elementos
tradicionales con sistemas de nueva tecnología a través del uso de esta red informática.
En este sentido, se pretende diseñar un prototipo de sistema de reconocimiento de voz haciendo
uso de diferentes plataformas desarrolladas por distintos fabricantes como Espressif, Arduino, AI2 y
de la interacción máquina a persona o M2P (Machine to person por sus siglas en inglés) donde las
personas en condición de discapacidad motriz puedan tener un control remoto de los diferentes
objetos que se encuentran en su hogar, logrando así un grado de independencia e inclusión personal
y familiar, adecuado y sostenible acercándolos a una vida más digna.
3
Para cumplir con los objetivos planteados, se realizará un estado del arte a nivel nacional e
internacional de diseños, prototipos e implementación de sistemas embebidos y sistemas
domóticos, partiendo de las necesidades de personas en condición de discapacidad motriz.
Se hace énfasis en la metodología de investigación tecnológica a través de la aplicación científica
que encamina a descubrir conocimientos y aplicabilidad a un contexto de espacios académicos.
4
1.2. Planteamiento del Problema
La discapacidad es parte de la condición humana. “Se dice que una gran parte de la población
tendrá una discapacidad temporal o permanente en algún momento de su vida. Los que lleguen a la
vejez experimentaran a medida del tiempo dificultades de funcionamiento y les será más difícil
realizar sus actividades diarias”. (Deng & Chin, 2004)
A nivel global, se han planteado diferentes desarrollos en aras de lograr la inclusión social de
quienes históricamente han sido vulnerados por su condición de discapacidad, la finalidad de estos
avances es brindar la posibilidad de que las personas se desarrollen de manera digna y de acuerdo
con su autonomía. (Organizacion Mundial de Naciones Unidas, 2015), esto ha llevado a que los
gobiernos identifiquen los tipos de condiciones y necesidades de acuerdo a cada persona, para
garantizar los derechos humanos, enfocados en su participación social y la no discriminación.
De esta manera, se han adelantado en diferentes países avances desde el sistema jurídico, que
conlleva a la protección a personas en condición de discapacidad, como es el caso de Estados
Unidos, que prohíbe la discriminación en relación con el empleo a nivel de gobierno estatal y local,
en ambientes públicos, establecimientos comerciales, transporte y telecomunicaciones. Esto avalado
desde el Congreso de los Estados Unidos. (Congreso de los estados unidos, 2017).
De esta manera, las empresas con más de 15 empleados deben proporcionar; igualdad de
oportunidad, la no discriminación en la asignación de su puesto de trabajo, contrataciones,
capacitaciones, remuneraciones, actividades sociales y demás exenciones laborales.
En la región, La Organización de Estados Americanos (OEA), fomentó la conformación del comité
para la eliminación de todas las formas de discriminación contra las personas en condición de
discapacidad (DEDDIS), cuya finalidad es promover y facilitar la cooperación entre los países
participantes para analizar el progreso registrado en la aplicación de leyes o recursos para la
eliminación de la brecha social, logrando la inclusión de estas personas. En la reunión llevada a cabo
en Paraguay entre el 29 de abril y el 3 de mayo de 2019, se abordaron temas sobre los avances de
5
cada país en función de salud, trabajo, inclusión social, acceso a la justicia, situaciones de
emergencias, catástrofes y desastres, así como la autonomía en su vida independiente.
Por otra parte, en Ecuador se promulgó la ley de discapacidades, que, si bien reconoce a las
personas en condición de discapacidad, genera obligaciones a nivel interdisciplinar en el gabinete
de servicios, y en particular al Ministerio de Salud, pues obliga a la atención de estas personas sin
importar donde se ubiquen geográficamente, es decir que el Ministerio de Salud está en la
obligación de brindar atención primaria en sectores rurales, urbanos, y marginales del territorio
nacional. (Bejarano, 2003) .
Desde Colombia la perspectiva no es diferente, el país como miembro activo de la OEA y
presidente del comité DEDDIS durante el periodo de 2016 – 2017, propuso e invitó a los miembros
del comité durante su octava reunión llevada a cabo en Cali, a participar activamente al lanzamiento
del proyecto “En Sus Marcas, Listos…Inclusión”, cuya finalidad es mejorar las infraestructuras
paralímpicas nacionales y las capacidades de los atletas en situación de discapacidad, esto enfocado
a los principales países miembros del comité. (OEA, 2017).
Según cifras del Registro de Localización y Caracterización de Personas en Condición de
Discapacidad (RLCPD) durante el 2018 se conoce que en Colombia habitan 1.404.108 personas en
condición de discapacidad, es decir el 2,6% de la población colombiana, esto según el censo de ese
año, sin embargo, en el 2005 el censo capto a 2.624.898, es decir el 6.3% en ese momento. Esto
indica que de cada 100 colombianos 3 están en condición de discapacidad del total de la población
discapacitada colombiana. Según estos datos, indica que el 58% son personas mayores de 50 años;
donde el 51% son hombres. Así pues, se estima que el 52% de la población en situación de
discapacidad reside en Bogotá. (Ministerio de salud y proteccion social, 2018).
De acuerdo con las cifras del RLCPD, la economía de las personas en situación de discapacidad no
es muy alentadora, pues se considera que el 64,12% no cuenta con un ingreso fijo, permitiendo de
esta manera encontrar que el 49% de estas personas se encuentran en un estrato socioeconómico
6
de primer nivel. Este flagelo también se ve contrastado con el nivel de estudios alcanzados, ya que
solo el 42% de las personas registradas terminaron su educación básica primaria, mientras que el
31% registro no tener ninguna clase de estudio. (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
No obstante, el 26% trabajan en servicios, y el 23% se dedica al agro, en cierta medida son datos
alentadores que invitan a la inclusión laboral desde todos los sectores. (Ministerio de salud y
proteccion social, 2018)
Del mismo modo, en Bogotá muchos de estos esfuerzos se ven opacados por la carencia en la
ejecución de soluciones que ayuden o faciliten las necesidades primarias de las personas, ya que,
desde la autonomía, el ser humano se ve enfrentado a diferentes factores que le impiden el
adecuado desarrollo de acuerdo con el estudio descriptivo de (Gomez, Galindo , & Peñas, 2015) en el
cual detecta diversas influencias a las que se ven expuestas las personas en situación de
discapacidad. Muchas de ellas ligadas con la precariedad económica, la debilidad del apoyo social y
las alteraciones de salud ligadas al cuidado informal. Dichas situaciones se manifiestan en ocasiones
cuando no logran o tardan demasiado en ejecutar actividades simples en sus hogares o se les
dificulta de tal forma que requieren ayuda de alguien más.
De acuerdo con la investigación de (Gomez, Galindo , & Peñas, 2015) se encuentran diferentes
rasgos particulares que indican la complejidad y escasez que padecen las personas en condición de
discapacidad en Bogotá, dichos resultados reflejan la diferencia en los factores socioeconómicos de
la muestra analizada, determinó que solo el 48% culminó la primaria completa, el 92% de la
muestra no percibe compensación económica por su trabajo, además solo el 9% de ellos trabaja, sin
embargo, el 94% lo hacen de manera informal.
Actualmente, pocas personas en condición de discapacidad cuentan con un entorno adecuado,
recursos o atención óptima para el desarrollo de su estilo de vida; para lo cual, es necesario una
adecuación en su hogar o la implementación de un sistema que les facilite realizar las actividades
más comunes.
7
Es por esta razón que la investigación pretende diseñar un prototipo de sistema
embebido que permite a las personas en situación de discapacidad motriz desde la comodidad de su
hogar, accionar a través de un sistema domótico (mediante la voz), ejecutar tareas rutinarias, con un
mínimo de esfuerzo en sus extremidades, usando una técnica que permite el reconocimiento de la
orden dictada por la voz, generando una acción en un circuito. Este sistema
podrá ser empleado como un apoyo para que su vida se haga mucho más sencilla bajo un entorno
adecuado.
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1.3. Formulación del Problema
¿Será la implementación de un sistema de reconocimiento de voz capaz de optimizar la calidad
de vida de una persona en condición de discapacidad motriz?
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo general
Desarrollar un sistema de reconocimiento de voz para personas con discapacidad motriz.
1.4.2. Objetivos específicos
1. Identificar las necesidades de la población en condición de discapacidad motriz.
2. Analizar las alternativas tecnológicas apropiadas para personas con discapacidad motriz.
3. Diseñar los elementos de hardware y software que soporten el sistema de
reconocimiento de voz
4. Desarrollar un prototipo de sistema de reconocimiento de voz para personas en
condición de discapacidad motriz.
9
1.5. Justificación
Diariamente las personas en condición de discapacidad motriz están expuestas a
discriminación y exclusión social que les impide expresar sus derechos libremente, se evidencia
cada vez más los problemas que afectan a un gran número de personas, entre los cuales;
enfrentarse a un ritmo de vida competitivo y cambiante lo que los obliga a tener un nivel de
capacidad física e intelectual alto para poder manejar las situaciones cotidianas, ya sea en una
empresa o en su propio hogar.
Dicho lo anterior, se puede evidenciar en las estadísticas que realizan entidades
gubernamentales como la CEPAL (Comisión Económica para América Latina y El Caribe)
avalado por Naciones Unidas, donde se hizo un informe regional sobre la medición de la
discapacidad en américa latina, mostrando a Colombia con una población de discapacidad del
6.3% de los cuales el 14.6% tienen limitación de sus miembros superiores. (CEPAL, 2010-08).
En Colombia existe, el Centro Especializado de Recepción (C.E.R), Centro Nacional de
Rehabilitación Teletón (C.N.R), la Asociación de Discapacitados y parapléjicos (ASODISPAR)
entre otras, que ayudan a personas en situación de discapacidad a formarse y llevar una vida más
activa. Sin embargo, existen limitaciones económicas para la accesibilidad a estos recursos, que
no permiten dar solución a la problemática.
Un dato estimado indica que existe la probabilidad que las personas en condición de
discapacidad y sus familias carezcan desventajas en la parte económica y social, frente a los que
no tienen discapacidad; al manifestarse esto, ocasiona aumento de los gastos que vinculan
directamente a la discapacidad presentada, generando costos adicionales para la familia.
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Según (Pharr, James, & Yeung, 2019) indica que los principales obstáculos que presenta una
persona que usa silla de ruedas, es principalmente la accesibilidad a un sitio, escaleras,
ascensores, puertas, entre otros.
De tal manera, esta investigación espera mejorar la calidad de vida para las personas en
estado de discapacidad motriz, obteniendo beneficios para lidiar con esta precariedad, mediante
el uso del prototipo de sistema reconocimiento de voz, que hace uso de diferentes plataformas
desarrolladas por distintos fabricantes y de la interacción M2P, donde las personas con
discapacidad motriz puedan tener un control remoto de los diferentes objetos que se encuentran
en su hogar, logrando así independencia y optimización en su calidad de vida. Este producto es
orientado para personas con: discapacidad en brazos y piernas o silla de ruedas.
A futuro, esta propuesta se implementará y viabilizará para personas con otras discapacidades
como un apoyo para que su vida se haga mucho más cómoda y sencilla. Esta investigación se
dará a conocer como un desarrollo a una metodología y un mecanismo de inclusión social, el cual
se verá reflejado el presente proyecto y a su vez aplicado al prototipo.
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1.6. Delimitación
1.6.1. Alcances
El proyecto es una iniciativa que busca obtener un impacto a futuro en personas en condición de
discapacidad motriz, en el cual se plantea un sistema domótico a través de ordenes de voz
permitiendo realizar una serie de acciones predefinidas.
Para este caso se debe establecer un sistema que permita la comunicación hombre-maquina por
medio de la voz, motivo por el cual, la investigación tiene como objetivo diseñar un prototipo de
sistema embebido cuyo propósito será realizar funciones en tiempo real.
A continuación, se muestran los alcances del proyecto.
• Realizar un estudio del estado del arte que permita identificar las principales
complicaciones que presenta una persona con discapacidad motriz al momento de
movilizarse en su hogar.
• Identificar las principales metodologías que se puedan establecer para facilitar algunas
acciones de personas con discapacidad motriz.
• Hacer uso de un algoritmo que reconozca la voz del usuario y envié los datos obtenidos a
un sistema embebido.
• Implementar un prototipo económico al que las personas con discapacidad motriz
puedan dar órdenes sencillas por medio de la voz.
• Establecer las principales órdenes que necesita el prototipo y que pueden ayudar a
mejorar la calidad de vida de personas con discapacidad motriz.
• Implementación del uso de la tecnología para personas en condición de discapacidad
motriz.
• Aplicación de los conocimientos adquiridos durante la carrera de Ingeniería de
Telecomunicaciones, logrando un impacto social.
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1.6.2. Limitaciones
Se debe tener en cuenta que para la elaboración del prototipo y entrega de proyecto se van a
presentar algunas limitaciones para un resultado óptimo, además del funcionamiento adecuado del
sistema de reconocimiento de voz los cuales son:
• Sistema de uso residencial, no industrial.
• El usuario deberá estar cerca al sistema para el reconocimiento de voz, ya que será
sensible al ruido del ambiente.
• Tiempo de procesamiento o respuesta.
• Se plantea el uso de al menos cinco (5) frases.
• La calidad del servicio se podrá ver afectada por el tono de voz usado, ronquidos o
timbres característicos, ruido o interferencia ambiental.
13
2 Capítulo II
2.1. Antecedentes
A continuación, se expondrán una serie de investigaciones previas de carácter nacional e
internacional que sirven como insumo para el desarrollo de la presente investigación.
En la investigación realizada por (Nayyar & Vikram, 2016), menciona que en los últimos años se
han demostrado grandes avances en el desarrollo y automatización de dispositivos de encendido y
apagado que se está implementando en muchos hogares, lo cual permite a la investigación
determinar que, el hecho de automatizar un hogar permitiendo tener un control adecuado de los
sistemas eléctricos podría ser de beneficio a personas con discapacidad motriz, en virtud de que
mejoraría su calidad de vida.
Así mismo menciona (Discapacidad, Madrid Real Patronato sobre Discapacidad, 2015) en la
investigación realizada a la empresa BJ ADAPTACIONES. Esta se enfoca en la fabricación e
implementación de equipos de reconocimiento de voz para personas en condición de discapacidad
motriz, tecnología netamente orientada para personas de esta situación. Estas evidencias permiten
a la presente investigación determinar que los sistemas de reconocimiento de voz diseñados en la
actualidad, con robustos sistemas de calidad como se pretende desarrollar, ofrecen garantías de
estabilidad y comodidad para optimizar la calidad de vida de personas con alguna discapacidad
motriz.
De acuerdo con (Ángel & Jiménez, 2017) en su investigación, presenta un software de aplicación
para ser usado en Tablet o Smartphone con sistema operativo Android que permite el acceso
frecuente a internet y redes sociales, con la novedad que no es necesario tocar la pantalla. Este es
utilizado con un ratón o una palanca (joystick) dirigido a personas con parálisis cerebral, lesión
medular, tetraplejia, esclerosis múltiple. Ante estas evidencias, para la presente investigación es
fuente valiosa, ya que la propuesta del sistema domótico que se plantea suministra un aporte al
14
reafirmar la utilización del sistema operativo Android, puesto que el sistema domótico permite el
uso de código abierto e integración con los servicios de Google los cuales son de mucho beneficio
para la propuesta del sistema embebido.
De acuerdo a los resultados de (Acosta López & Córdova , 2015) donde hacen el uso de un
sistema de control automático de una ducha eléctrica mediante reconocimiento de voz para
personas con discapacidad motriz, le da soporte a la presente investigación en virtud que se puede
utilizar un módulo que permite almacenar sonidos mediante una tarjeta interna para el
reconocimiento de voz, esta tarjeta ayuda a resolver algunos problemas para las personas en
condición de discapacidad motriz, facilitando el uso y cubrir necesidades básicas que presentan
dichas personas.
El sistema de reconocimiento de voz que menciona (Pascuas, Sáenz, & Vargas, 2015) en su
investigación, habla acerca del uso del microcontrolador 16F877A capaz de generar voz de manera
artificial y reproducirla por medio de un parlante, desarrollando así un prototipo electrónico para
discapacitados. Lo cual evidencia que el microcontrolador que será utilizado en esta investigación
genera resultados satisfactorios, lo que permite ser bueno para el desarrollo e integración al
prototipo propuesto.
En los últimos años se han llevado a cabo diferentes investigaciones sobre las técnicas y
metodologías que posibilitan el reconocimiento de voz, es el caso (Álvarez, Blanco, Correa, Cuador,
& Gallego Martínez, 2017), el cual en su estudio menciona a MATLAB como ejemplo principal, ya
que este aporta a la integración de los servicios de voz de cualquier sistema de reconocimiento,
además ayuda a la automatización de los sistemas embebidos domótico que se presentan en la
presente investigación.
A pesar de que las personas con discapacidad motriz no tengan los recursos necesarios para
obtener servicios o tecnologías que ayuden a sobre llevar su discapacidad, el artículo (Bohouta &
Këpuska, 2017) , da a conocer un software que puede ser usado y aprovechado para la integración
15
de los servicios de la nube, tales como Microsoft, Google y Sphinx. Se determina que este software es
de gran importancia para la utilización del sistema embebido, porque destacan los servicios de
Google para el reconocimiento de voz.
Por otra parte, el reconocimiento de voz desde diferentes puntos de vista es una de las tareas
más complejas, sin embargo, con la evolución de la tecnología y la llegada de asistentes virtuales
tales como Google assistant, o Watson para IBM, el reconocimiento de voz está al alcance de todas
las personas, pues este tipo de tecnología ofrece un servicio a través del internet. No obstante, se
hace necesario poder realizar comparaciones que permitan seleccionar la mejor opción para el
sistema embebido que plantea esta investigación, y es entonces donde (Škraba, Semenkin,
Stojanović, Kofjač, & Zupan, 2019), compara los dos servicios principales, logrando elaborar una
revisión conjunta, que le permite analizar el rendimiento y usabilidad. Este estudio sirve de
suministro de información, ya que da luz a la investigación sobre la elección del asistente de Google
considerando los beneficios que presenta, los cuales abarcan desde la usabilidad del asistente como
la corrección de errores de ruido exterior.
A través del uso del internet, y de las nuevas tecnologías convergentes como internet de las cosas
o IoT (por sus siglas en ingles de Internet of things), es posible administrar elementos del hogar en
la distancia, es decir manipular parte del hogar a través de un dispositivo móvil, este tipo de
adaptaciones es conocido normalmente como sistemas domóticos o sistemas embebidos tal como se
da a conocer en la Revista Científica de Ingeniería (Vallejo Vallejo & Cruz Hurtado, 2019). Aporta a la
investigación con la formulación de un prototipo capaz de reconocer las órdenes dictadas con la
finalidad de realizar la acción solicitada. Dicho prototipo estará diseñado a partir de sensores que se
encuentran conectados alrededor de la de vivienda, los cuales a su vez estarán conectados al
internet a través del microcontrolador permitiendo su administración y manipulación a través de la
red, fomentando así el uso de los sistemas embebidos.
16
Así mismo, el libro (Nuñez Bravo & Sanmartin mendoza, 2017) menciona el uso y el
aprovechamiento de las nuevas tecnologías que permitan la inclusión social hacia las personas en
condición de discapacidad, este plantea nuevas soluciones para mejorar la calidad de vida y resolver
dificultades que padecen estas personas. Teniendo en cuenta lo anterior, se puede inferir que el
desarrollo de un sistema embebido como el planteado esta investigación cimenta una alternativa
viable que podrá generar resultados positivos frente a la inclusión social y familiar de las personas
en condición de discapacidad motriz, así como alcanzar a resolver necesidades presentadas al
interior del hogar.
Por otra parte, con el fin de realizar un análisis significativo que permita tomar una
determinación sobre la elección del microcontrolador que administra las acciones solicitadas al
sistema domótico, es necesario conocer e identificar los tipos de tecnologías existentes, así como,
reconocer sus limitaciones físicas y de procesamiento, usos, beneficios, e impactos adversos, los
cuales pueden repercutir en el funcionamiento del sistema domótico, considerando la investigación
realizada por (Partha Pratim, 2018), quien efectúa una extensa comparación entre las diferentes
arquitecturas, estándares, y tecnologías de comunicación inalámbrica existente en el mercado, se
toma la determinación de hacer uso de la tarjeta ESP32 la cual fuera de sus componentes lógicos
refuerza su diseño físico al contar con módulos de red y bluetooth integrados.
A manera de conclusión, la presente investigación plantea el mejoramiento de la calidad de vida
de las personas en condición de discapacidad motriz, haciendo uso de sistemas embebidos, los
cuales permitirán a las personas poder realizar tareas rutinarias de manera autónoma sin requerir
del apoyo humano, nada más haciendo uso de su teléfono celular, pues como se demuestra en el
libro Motor Control and Sensory-Motor Integration volumen 11 (Glencross & Piek, 1995), las
diferentes habilidades humanas son influenciadas de manera positiva, si son motivadas, por lo que
una de las investigaciones más destacadas del autor, plantea el uso de mecanismos electrónicos que
facilitan la coordinación de acciones en personas en condición de discapacidad motriz a través de
17
diferentes enfoques interdisciplinares tales como la ingeniería eléctrica y mecánica, estudios del
fisioterapia, kinesiología, neurología e incluso estudios del movimiento humano en estados
normales.
18
2.2. Marco Teórico
2.2.1. La discapacidad
Desde que nació la Convención de Naciones Unidas sobre los Derechos de las Personas con
Discapacidad en mayo de 2008, se ha fomentado un marco jurídico de carácter vinculante para los
países. Ellos quieren ser una herramienta referencial y fundamental para la conceptualización de la
discapacidad y la formulación de políticas a escala internacional.
La Convención define a las personas con discapacidad, en su artículo 1, como: Aquellas que
tienen deficiencias físicas, mentales, intelectuales o sensoriales a largo plazo que, al interactuar con
diversas barreras, puedan impedir su participación plena y efectiva en la sociedad, en igualdad de
condiciones con las demás. (ONU, 2006).
Hay que tener en cuenta, que el termino de discapacidad ha evolucionado a lo largo de la historia
desde diferentes marcos conceptuales. “La discapacidad es compleja, dinámica, multidimensional y
objeto de discrepancia.” de acuerdo (Charltonj,1998) citado en el informe mundial sobre la
discapacidad por la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2011, pág. 28). Esta afirmación permite
hacer una reflexión sobre las posibles diferencias y limitaciones a las cuales se puede ver enfrentada
la presente investigación, es decir, se abordarán diferentes puntos de vista, diferentes tipos de
discapacidad y las principales limitaciones a las cuales se enfrenta una persona en condición de
discapacidad.
La organización mundial de la salud (OMS), reconoce el término como una palabra “general que
abarca las deficiencias, las limitaciones de la actividad y las restricciones de la participación. Donde
(…) las deficiencias son problemas que afectan a una estructura o función corporal; las limitaciones
de la actividad son dificultades para ejecutar acciones o tareas, y las restricciones de la participación
son problemas para participar en situaciones vitales” (OMS, 2011).
19
A continuación, se profundizará en los apartados más importantes de la definición de la OMS, los
cuales permiten entender de una mejor manera el término que se pretende exponer.
2.2.2. Deficiencia
Según (OMS, 2011) “es toda pérdida (total o parcial) o anormalidad de una estructura o función
psicológica, fisiológica o anatómica.”
2.2.3. Discapacidad
Según la clasificación internacional del funcionamiento, de la discapacidad y de la salud (CIF) de
la OMS, “es toda restricción o ausencia de la capacidad de realizar una actividad (por la deficiencia),
en la forma o dentro del margen que se considere normal para un ser humano.” (Jimenez, Paulino , &
Martin, 2002)
20
2.2.4. Minusvalía
Es “una situación desventajosa en que se encuentra una persona determinada, como
consecuencia de una deficiencia o discapacidad que limita o impide el cumplimiento de una
función que es normal para esa persona, según la edad, sexo y los factores sociales y culturales”
(Jimenez, Paulino , & Martin, 2002) lo que permite concluir que desde lo social, se evidencia una
desventaja con respecto a sus pares, se caracteriza por una discordancia entre la actuación
de las personas y las expectativas del grupo de pertenencia.
Así pues, Colombia define a una persona en condición de discapacidad como “Aquellas personas
que tengan deficiencias físicas, mentales, intelectuales o sensoriales a mediano y largo plazo, que, al
interactuar con diversas barreras incluyendo las actitudinales, puedan impedir su participación
plena y efectiva en la sociedad, en igualdad de condiciones con los demás.” (Senado de la republica
de Colombia, 2013)
La investigación permite concluir que una discapacidad es siempre resultado de una deficiencia
que perturba de algún modo alguna función. Mientras que, la minusvalía depende de la relación
entre una persona y su medio, es decir, estaría más relacionada con el contexto que con el entorno
social.
2.2.5. Tipos de discapacidad
Los diferentes tipos de discapacidad y su categorización son condicionadas a los diferentes
autores y a su época de clasificación, no obstante, una gran mayoría están de acuerdo en afirmar que
alrededor del mundo hay diferentes tipos de discapacidad. Estas varían en cuanto a su condición
médica, diagnostico o motivación, lo que genera que sean diferentes desde la perspectiva en la cual
se analiza. (Velasco, 2019)
21
A continuación, se presentará los principales tipos de discapacidad, con la finalidad de generar
un marco reflexivo sobre las principales etiologías y patologías que permiten englobar cada tipo de
discapacidad.
A mediados de comienzo de siglo la OMS, en el marco de la familia de las clasificaciones (FCI),
formulo la clasificación internacional del funcionamiento de la discapacidad y de la salud (CIF), esta
clasificación fue aprobada el 22 de mayo del 2001, por los 191 estados que integran la (OMS, 2001)
De acuerdo con lo mencionado anteriormente, se expresan los 6 principales tipos de
discapacidad según la clasificación CIF de la (OMS, 2001).
2.2.5.1. Discapacidad sensorial
“Corresponde al tipo de personas que han perdido su capacidad visual o auditiva y quienes
presentan problemas al momento de comunicarse o utilizar el lenguaje”.
2.2.5.2. Discapacidad auditiva
“Es el déficit total o parcial de la percepción que se evalúa de la pérdida del audio en cada oído”
2.2.5.3. Discapacidad visual
“Es la disminución parcial o total de la vista. Se debe tomar en cuenta el campo visual que es el
espacio visible con la mirada fija en un punto y la agudeza visual que es la capacidad del ojo para
percibir objetos.”
2.2.5.4. Discapacidad intelectual
“Es aquella que presenta una serie de limitaciones en las habilidades diarias del ser humano,
donde se le dificulta el aprendizaje y la materialización de actividades cotidianas.”
22
2.2.5.5. Discapacidad psíquica.
“Es aquella que está directamente relacionada con el comportamiento del individuo.” (…)” Este
tipo de discapacidad se encuentra en una categoría abierta, pues son trastornos que tienen relación
con enfermedades mentales.”
2.2.5.6. Discapacidad física o motora
Considerando que la presente investigación pretende sustituir una de las maneras en que
interactúa una persona en condición de discapacidad motriz con el ambiente de su hogar, se hace
imperativo realizar una reflexión sobre la percepción de diferentes autores, con la finalidad de ser
fuente de información, que permita identificar los contextos que determinan la discapacidad física.
De acuerdo con la OMS, expresado en el CIF, “la discapacidad física es aquella que ocurre al faltar
o quedar muy poco de una parte del cuerpo, lo cual impide a la persona desenvolverse de la manera
convencional” (OMS, 2001)
Por otra parte (Crespo, 2005), citato en (Pérez & Garaigordobil, 2007), menciona que es “una
alteración de la capacidad del movimiento que implica en distinto grado a las funciones de
desplazamiento” además, añade que la discapacidad física “limita a la persona en su desarrollo
personal y social”.
Simultáneamente (ATREMO, s.f.) afirma que, “Una persona con una discapacidad motora es
aquella que sufre de una manera duradera y frecuentemente crónica de una afección más o menos
grave del aparato locomotor que supone una limitación de sus actividades en relación con el
promedio de la población”.
Para (López Justicia, Fernández Jimenes, & Polo Sanchéz, 2016) la discapacidad física “se refiere
a cualquier restricción o falta de capacidad (como consecuencia de una deficiencia física) para llevar
a cabo una actividad de la manera o el nivel considerado normal para un individuo en su situación
sociocultural específica”.
23
De acuerdo con las afirmaciones anteriores la investigación determina que, este tipo de
discapacidad puede ser causada por diferentes factores, los cuales pueden presentarse desde la fase
de gestación, así mismo se puede presentar por problemas genéticos, al momento del parto o ser
producto de un accidente. Donde dicha condición se puede ver representada en el cuerpo humano
en ausencia o deficiencia de las extensiones del cuerpo; en la cabeza o columna vertebral, de la
misma manera se puede ver representada en la afección del sistema nervioso, donde las
extremidades inferiores y/o superiores padecen trastornos, los cuales pueden desembocar en
paraplejia, tetraplejia o en la ausencia de coordinación de movimientos.
A pesar que, frente a este tipo de discapacidad, se ha evidenciado evolución en la inclusión social
a través de la accesibilidad en lugares donde se presenta mayor congruencia de personas, como es el
caso de los centros comerciales, universidades, teatros o incluso en conciertos en los cuales se han
construido rampas, estacionamientos para personas en condición de discapacidad, ascensores de
uso exclusivo, se divisa una carencia de herramientas que permitan a las personas en condición de
discapacidad poder realizar tareas rutinarias al interior de sus vivienda.
De acuerdo a la carencia evidenciada, esta investigación pretende dar a conocer mediante un
breve estudio del estado del arte, las limitaciones a las cuales se ve expuestas personas en condición
de discapacidad motriz. Las cifras de discapacidad en Colombia abordaron sus principales
problemas, los cuales son transversales sin importar su tipificación o sintomatología, para centrarse
en las principales necesidades de una persona en condición de discapacidad física frente a la
edificación de su hogar.
2.2.6. La discapacidad en Colombia en cifras
A continuación, se presenta una agrupación de datos estadísticos sobre la población en condición
de discapacidad en Colombia, tomados del ministerio de salud y protección social (MSPS). Estas
cifras fueron tomadas y almacenadas en una herramienta de gestión virtual llamada “Registro de
24
localización y caracterización de personas con discapacidad” (RLCPD) (Ministerio de salud y
proteccion social, 2018).
Colombia presenta una discrepancia sobre la cifra exacta de personas en condición de
discapacidad, ya que, el censo realizado por el departamento administrativo nacional de estadística
(DANE) en el año 2005, registro a 2’624.898 personas que presentaban algún tipo de discapacidad
cifra que era equivalente al 6.3% de la población colombiana del momento, (Ministerio de salud y
proteccion social, 2018), mientras que la herramienta de gestión RLCPD a junio de 2018 se
registraron 1.404.108 es decir 2.6% de la población colombiana según el censo de 2018, ya que
como lo menciona (Salazar, 2018) el estado no contemplo adecuadamente los recursos necesarios
para la correcta toma de los datos estadísticos.
Sin embargo, según el MSPS, en su infografía, contempla que el 28,2% de la población presenta
discapacidad ligada a enfermedades generales, mientras que el 0,4 se encuentra en condición de
discapacidad a causa de una lesión autoinfligida. (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
Así pues, estos datos estadísticos provistos por el MSPS nos permiten indicar que cerca del
34,2% de las personas en condición de discapacidad son de tipo física, mientras que el 25,9%
presenta discapacidad que le afecta el sistema nervioso. (Ministerio de salud y proteccion social,
2018, pág. 19), estos datos son de interés para el proyecto de grado, pues como se expresó
anteriormente el resultado de estas dos patologías da como resultado afectación en las
extremidades de las personas en condición de discapacidad.
De acuerdo con los datos proporcionados por el MSPS, podemos concluir que de cada 100
colombianos 3 está en el registro del RLCPD, tal y como se muestra en la tabla siguiente.
25
Tabla 1 Número de personas en condición de discapacidad en Colombia
Fuente de información N° personas con discapacidad % de la población total
DANE CENSO 2005 2.624.898 6.3
RLCPD junio 2018 1.404.108 2.6
Nota, Recuperado de Sala situacional de las personas con discapacidad (PCD) (Ministerio de salud y proteccion social, 2018, pág. 3)
En lo que respecta a la demografía de las personas en condición de discapacidad se permite
inferir que cerca del 58% de la población en condición de discapacidad, son personas mayores de 50
años, y el 51% de la población es masculina, como se puede evidenciar en la ilustración 1 el 12% son
menores de edad. (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
Ilustración 1 Personas con discapacidad en Colombia Fuente (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
La ilustración 1 también permite inferir que, en Colombia de cada 100 personas mayores de 80
años, 33 se encuentran en condición de discapacidad.
26
Parte de la infografía del (Ministerio de salud y proteccion social, 2018) nos permite interpretar
la condición económica de las personas en condición de discapacidad, el cual indica que cerca del
50% de la población se encuentran ubicados en el estrato socioeconómico de primer nivel, tal como
queda demostrado en la ilustración 2, donde cerca de 671.481 personas en condición de
discapacidad comentan pertenecer al estrato 1, mientras que solo 2.186 reportaron pertenecer al
estrato 6
Ilustración 2. Personas con discapacidad según el estrato socioeconómico. Fuente (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
Estos datos son congruentes si se comparan con la ocupación de los últimos seis meses de las
personas en condición de discapacidad, donde se puede determinar que solo el 12% de la población
en condición de discapacidad cuenta con un trabajo, es decir, que solamente 166.907 personas
contaban con una fuente fija de ingresos, como se demuestra en la tabla 2 el 32% de la población, es
decir cerca de 430.321 se encuentra incapacitado para trabajar y no recibe ningún tipo de pensión
por invalidez. (Ministerio de salud y proteccion social, 2018)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3 Estrato 4 Estrato 5 Estrato 6
27
Tabla 2 Ocupación de las personas en condición de discapacidad en los últimos 6 meses Ocupación %
Incapacitado permanente para trabajar, pero sin pensión
32
Realiza oficios del hogar 18 otra actividad 15
Trabajando 12
Estudiando 11
Buscando trabajo 4
Incapacitado permanente para trabajar con pensión
4
Realiza actividades de autoconsumo 2 Pensionado 2
Recibiendo renta 0
Nota, Recuperado de Sala situacional de las personas con discapacidad (PCD) (Ministerio de salud y proteccion social, 2018, pág. 16) .
A pesar de que cerca del 12% de la población tiene trabajo, tan solo el 11% tiene contrato laboral
a término indefinido, mientras que el 80% realiza sus funciones sin contrato (Ministerio de salud y
proteccion social, 2018), esto es considerado a que el 26% tienen como actividad económica la
ejecución de servicios, el 23% se dedica a la agricultura, un 19% al comercio, el 6% labora en la
industria, mientras que el 25% se dedica a diferentes actividades.
2.2.7. Limitaciones de personas en condición de discapacidad
motriz
Como concluye (Herrera, Pelaez, Ramos, Sanchez , & Burgos , 2013) en su investigación, las
personas en condición de discapacidad física requieren del uso de ayudas técnicas como lo son las
sillas de ruedas y caminadores, así como de requisitos arquitectónicos específicos que permitan su
correcto desplazamiento.
Una persona que padece discapacidad motriz debe sobreponer una serie de obstáculos a lo largo
de su vida, incluso al interior de su vivienda, ya que de acuerdo con el (Colegio de agentes de la
propiedad de cataluña, 2014) para que este segmento de personas gocen de un grado de comodidad
y tranquilidad al interior de su hogar, requieren de los componentes de infraestructura física tales
28
como: puertas de acceso a la vivienda de mínimo de 80 cm de ancho para que puedan ingresar sin
ningún tipo de dificultad, barandas en las paredes las cuales deben estar a una altura adecuada, los
pacillos que comunican el interior del hogar deben estar libres y deberían tener un ancho superior a
los 90 cm y en caso de tener giros al interior estos deberían medir más de 120 cm, los pisos
deberían estar protegidos por antideslizantes y no deben tener irregularidades, en el baño se debe
contemplar que la persona pueda ingresar de manera frontal y sus instrumentos no deben superar
los 80 cm del suelo contando los 65 cm que deben estar libres para el desplazamiento de las
personas, estas dimensiones sugeridas generarían que las dimensiones del hogar de mayor
extensión lo que se convierte en un costo extra en el valor del hogar. (Gomez G. , 2017)
Estas especificaciones sugeridas establecen una barrera desde el punto de vista económico,
considerando que la mayoría de los colombianos en condición de discapacidad motriz no cuenta con
los recursos suficientes para hacer las remodelaciones que se requiere. (Ministerio de salud y
proteccion social, 2018), ejemplo de esta situación la enfrento la señora Mónica Ladrada quien sufre
de discapacidad motriz, quien menciona “no teníamos cómo, era complejo tumbar muros, abrir
espacio y modificar áreas para moverme con mayor libertad” (Labrada, 2019).
Es por esta razón que se considera necesario implementar una solución que permita aprovechar
al máximo el espacio disponible, facilitando el ingreso de las personas en condición de discapacidad
motriz en su hogar a través de sistemas embebidos que usen o se adapten a la tecnología con la que
cuentan actualmente una persona en condición de discapacidad motriz, donde conceda la
oportunidad de abrir y cerrar las puertas o ventanas de manera remota, así como, poder encender o
apagar las luminarias del hogar a su gusto, pues, para muchas personas estas tareas se consideren
normales o monótonas; el poder brindar la oportunidad de controlar estas acciones a las personas
en condición de discapacidad motriz podría fomentar el libre desarrollo personal, generando
espacios de esparcimiento personal de reflexión donde las personas en condición de discapacidad
29
motriz se sientan tranquilas de poder realizar tareas sin la ayuda de un familiar y de este modo
impactar positivamente su calidad de vida.
2.3. Definición de Conceptos
2.3.1. Domótica
Es un conjunto de tecnologías y herramientas que se incorporan para la automatización de los
componentes presentes en un hogar o edificio, permitiendo la gestión y control de un entorno por
medio de electrónica e informática (Espinal & Nieves, 2014).
Así como mencionan (Rojas-Rodríguez, Cortés-Aburto, & Rita Marina Aceves-Pérez2, Luis
Gerardo Vela-Valdés, Salvador Antonio Arroyo Díaz, 2015) la domótica es la integración de distintas
tecnologías en el hogar mediante el uso simultaneo de las telecomunicaciones, la electrónica, la
informática y la electricidad.
El concepto ha demostrado que se convierte en un sustento principal de la investigación,
considerando que el prototipo propuesto pretende diseñar un sistema que integre la tecnología, que
a futuro permita la automatización del hogar de una persona en condición de discapacidad motriz,
para facilitar la interacción en su entorno diario.
2.3.2. M2P
Las conexiones de maquina a hombre M2P tienen lugar cuando la información se transfiere entre
una máquina (como una computadora, un dispositivo móvil o un smartphone) y una persona,
cuando se obtiene información de una base de datos o se realiza un análisis complejo, tiene lugar
una conexión M2P (Cisco Systems, 2019)
30
Con respecto a esta investigación se identifica que la interacción con M2P suministra las
herramientas suficientes para mantener un entorno adecuado, de fácil acceso, que permita ayudar a
las personas a que tomen decisiones fundadas. (Gaitan,2019) Las acciones que las personas realizan
según sus razonamientos fundados completan un ciclo de realimentación de IOT.
Este tipo de conexiones ofrece un sin número de beneficios, uno de ellos es poder ofrecer la
interacción M2P permitiendo que la persona en condición de discapacidad motriz pueda interactuar
con el sistema domótico y poder ejercer control de los diferentes objetos de su hogar por medio de
su smartphone.
2.3.3. Redes de acceso
Las redes de acceso dependen del tamaño del área que abarcan, la cantidad de usuarios a
conectar, el número y tipos de servicios disponibles, por ello existen diferentes tipos de
infraestructuras. (Cisco Systems, 2019), cabe mencionar que en el prototipo planteado de la
presente investigación se requiere una conexión de red para la comunicación del sistema embebido.
2.3.3.1. Red de área local inalámbrica
Son similares a las redes de área local (por sus siglas en inglés LAN), solo que interconectan de
forma inalámbrica a los usuarios y los extremos en un área geográfica pequeña. (Cisco Systems,
2019), además esta brinda acceso a personas y dispositivos finales a través de medios no guiados
(inalámbricos), con un ancho de banda más limitado que la red LAN. En la presente investigación se
hace necesario realizar una conexión de red de tipo WLAN puesto que se espera controlar el sistema
embebido a través de la red inalámbrica existente en el hogar de la persona con discapacidad
motriz.
31
2.3.4. Protocolos de comunicación
Los protocolos de red definen un formato y un conjunto de reglas comunes para intercambiar
mensajes entre dispositivos. Algunos de los protocolos de red más comunes son Hypertext Transfer
Protocol (HTTP), el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de Internet (IP). (Cisco
Systems, 2019).
Para el entendimiento del funcionamiento los protocolos de red existen modelos de referencia
como el modelo OSI, a continuación, se mencionan alguno de los protocolos con referencia del
modelo OSI en relación con la presente investigación.
Los protocolos de comunicación nos permiten la comunicación asertiva entre dispositivos, la
presente investigación interconectara un dispositivo smartphone con un dispositivo de
procesamiento electrónico, esta comunicación se establece de acuerdo con los protocolos de
comunicación existentes tales como los anteriormente mencionados.
2.3.4.1. DHCP
Es un protocolo de red ubicado en la capa de aplicación de modelo OSI de
tipo cliente/servidor mediante el cual un servidor DHCP asigna dinámicamente una dirección IP
(Cisco Systems, 2019) En la presente investigación el acceso a la red será provisto por el modem del
hogar de la persona en condición de discapacidad, para ello se requiere que el dispositivo de red
asigne una dirección del segmento al controlador con el fin de establecer la comunicación asertiva
entre los dispositivos.
32
2.3.4.2. HTTP
Es un protocolo de aplicación que guía la interacción de un servidor y un cliente web. HTTP
define el contenido y el formato de las solicitudes y respuestas intercambiadas entre el cliente y el
servidor. (Cisco Systems, 2019)
Este protocolo de comunicación, como lo menciona (Cisco Systems, 2019) se encuentra en la
capa de aplicación del modelo OSI. Permite las transferencias de información en la Word Wide Web
(Network Working Group , s.f.), donde existen diferentes tipos de petición. En la presente
investigación se hará uso del protocolo de transmisión HTTP, considerando que se empleara la
peticiones “Get”, las cuales se encargarán de solicitar una representación del estado del recurso
especificado.
2.3.5. Sistemas de control
Un sistema de control manipula las salidas de forma ya establecida mediante las entradas a
través de dispositivos electrónicos denominados microcontroladores (Gaviño, 2010), actualmente
son utilizados en todos los sectores de la industria, tales como: control de la calidad de los
productos manufacturados, líneas de ensamble automático, control de máquinas, control por
computadoras, sistema de potencia, robótica, etc. El concepto señalado se considera un sustento
fundamental para la actual investigación dado que se plantea tener el control de algunos objetos por
medio de la tecnología. Estos sistemas poseen dos formas de trabajo:
2.3.5.1. Sistemas de control en lazo cerrado
Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de control en lazo
cerrado, en estos se alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la diferencia entre
la señal de entrada y la señal de realimentación, a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema
a un valor conveniente. (Gaviño, 2010),
33
2.3.5.2. Sistemas de control en lazo abierto
Un sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la
entrada, en este sistema la salida no se compara con la entrada de referencia. Por tanto, a cada
entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del
sistema depende de la calibración. (Gaviño, 2010),
2.3.5.3. Sistema de control automático
El sistema de control automático es aquel que permite manipular elementos tecnológicos o
dispositivos electrónicos con mayor eficiencia, seguridad y comodidad. Estos sistemas se encargan
de manipular entradas y salidas (sensores, Actuadores, etc.) (Abarca, s.f.). Los sistemas de control
automático fueron creados para mejorar la calidad de vida de las personas. ya que en esta
investigación se va a diseñar un prototipo con las características mencionadas anteriormente, que
permita facilitar la vida de una persona en condición de discapacidad motriz en su hogar.
2.3.6. Microcontroladores
El microcontrolador es un dispositivo programable con capacidad de ejecutar los comandos
almacenados en su memoria interna, está orientado a realizar tareas de control y comunicaciones
con la necesidad de cubrir diversas aplicaciones como en telefonía, aparatos electrónicos, equipo
médico, electrodomésticos, juguetes, entre otros. Un microcontrolador es un circuito integrado de
alta escala de integración, básicamente es un computador completo dentro de un mismo chip, ya
que contiene en su interior los elementos fundamentales. (Séptimo Electrónica, 2014).
En la presente investigación se hará uso del microcontrolador ESP32, el cual será encargado de
almacenar y dar integración a las compuertas de salida de acuerdo con el comando de voz solicitado.
34
2.3.6.1. ESP32
Es un microcontrolador diseñado por la compañía Espressif y fabricado por TSMC, con un diseño
robusto que soporta temperaturas de funcionamiento que oscila entre –40 ° C y + 125 ° C, diseñado
para dispositivos móviles, dispositivos electrónicos portátiles y aplicaciones IOT.
ESP32 está altamente integrado con interruptores de antena incorporados, cuenta con WIFI
híbrido y chip Bluetooth, puede funcionar como un sistema independiente completo o como un
dispositivo esclavo de una MCU host (ESPRESSIF, s.f.).
Este microcontrolador será usado para el diseño del prototipo de la presente investigación,
debido a que cuenta con unas características que se ajusta para la propuesta realizada, además tiene
integrado un módulo WIFI por lo cual no conlleva un costo adicional.
2.3.6.2. Memoria
La memoria sirve para almacenar datos, el microcontrolador posee una memoria de
instrucciones no volátil tipo ROM para almacenar el propio código y una memoria de datos volátil
de tipo RAM para los diferentes datos que se use durante la ejecución del programa, estas memorias
están integradas en el mismo circuito integrado. (Séptimo Electrónica, 2014), es gracias al doble
núcleo y a la memoria ROM de 4 MB presente en el ESP32 que se permite almacenar el seudocódigo
de administración y lógica del sistema embebido, permitiendo que cuando la persona en condición
de discapacidad motriz realice algún tipo de solicitud a través de la voz, esta pueda ser reconocida e
interpretada por el sistema.
2.3.6.3. Periférico de entrada y salida
Según (Séptimo Electrónica, 2014) el microcontrolador utiliza periféricos de entrada y salida
para interactuar con el exterior, es decir las líneas de entrada permiten ingresar información al
microcontrolador y las de salida para extraer información de este.
35
De acuerdo con lo expuesto anteriormente, cada vez que una persona en condición de
discapacidad motriz realiza una solicitud a través de su voz al sistema embebido, se presenta una
comunicación con el microcontrolador, esta solicitud se interpreta como una entrada de
información al sistema y será el microcontrolador quien se encarga de interpretarla la orden
solicitada y proporcionar la acción, esta ejecución es conocida como la salida del sistema.
2.3.7. Google assistant
El Asistente de Google es un asistente virtual desarrollado con Inteligencia artificial por Google
que está disponible principalmente en dispositivos móviles y domésticos inteligentes, el cual
permite que se gestionen comandos a partir de la voz. (Lopes, 2019)
En la presente investigación se hará uso de los servicios públicos de Google, entre ellos Google
assistant, quien se encargará de interpretar el audio y reintegrar una respuesta de tipo textual al
sistema embebido, para que finalmente sea ejecutada por el microcontrolador.
2.3.8. Servomotor
Un servomotor es un mecanismo que tiene la capacidad de ser administrado referente a posición
y a velocidad. Es un dispositivo muy similar a un motor DC, el cual cuenta con la posibilidad de
ubicarse en cualquier posición, dependiendo de su rango de funcionamiento, es decir, de los grados
que puede moverse.
El control de estos se realiza mediante una modulación por ancho de pulso o PWM por sus siglas
en inglés (Pulse Width Modulation). Con esta señal se logra controlar el actuador en dirección y
posición y es así como responde dependiendo del ancho de banda de la señal. Por lo general, los
servomotores trabajan a una frecuencia de 50 Hz. Con esto, la señal del PWM cuenta con un periodo
de20 ms (Gonzalez V. , 2002).
36
En la presente investigación el movimiento de objetos sera suministrado por algunos
servomotores, debido a que permiten lograr inclinaciones en diferentes posiciones, característica
esencial para los requisitos del prototipo planteado, como la apertura o cierre de puertas o
ventanas.
2.3.9. Lenguaje de programación
2.3.9.1. App inventor
Es un entorno de programación visual que permite crear aplicaciones totalmente funcionales
para teléfonos inteligentes y tabletas, se apoya en una programación por bloques que facilita la
creación de aplicaciones complejas y de alto impacto en la menor cantidad de tiempo posible
(INVENTOR, 2019); App inventor es la herramienta con la cual se va a desarrollar la aplicación para
Android, debido a su entorno amigable y accesible para la creación de aplicaciones completas, ya
que este entorno permite diseñar las funciones que se requieren para el prototipo de la presente
investigación.
2.3.9.2. Lenguaje kawa
Es un software libre y un lenguaje de programación orientado a objetos que se encuentra
integrado con Java, además es utilizado en App Inventor (Java, 2013), es significativo estar al tanto
sobre este concepto en esta investigación, ya que este lenguaje es empleado en la herramienta (App
Inventor) usada para diseñar la aplicación del prototipo planteado
2.3.9.3. Java
Java Es un lenguaje de programación de código abierto y plataforma informática, rápido, seguro y
fiable (Oracle, Java, 2019). En la presente investigación se hará uso de la herramienta App Inventor
para el diseño del prototipo, la cual usa un leguaje o software libre llamado KAWA, este Software
37
funciona como traductor de Java, permite hacer uso de diagramas de bloques para la programación
debido a su integración con Java.
2.3.10. Reconocimiento de voz
Desde épocas históricas el ser humano ha encontrado la habilidad de comunicarse con los demás,
sin embargo, a lo largo de la evolución el hombre ha despertado el interés por interactuar con los
sistemas que lo rodean.
Los avances tecnológicos han permitido dar este salto hacia la evolución, generando sistemas que
permitan el entendimiento de lo que se está pronunciando. Es por ello por lo que para generar el
reconcomiendo de voz no se considere como pieza fundamental partir del deseo de interpretar los
fonemas o silabas, si no de extraer las ideas que se estructuran a partir de las palabras, tal como se
menciona en (Esparza Arellano & Avalos Briseño, 2019).
En la presente investigación se pretende a través de plataformas libres, librerías propias o
fuentes de terceros, reconocer la serie de patrones que la persona en condición de discapacidad está
pronunciando, es decir identificar las palabras que está pronunciando el usuario, con el fin de que
estos sean fuente de información la cual será entrada al sistema embebido, esto con el fin de generar
la acción solicitada.
2.3.11. Arquitectura de un sistema de reconocimiento de voz
De acuerdo con (Armas, 2019) el funcionamiento de un sistema de reconocimiento de voz se
compone principalmente de: el extractor de características y el clasificador.
Cuando se recibe la señal de voz, ésta es tomada por un analizador el cual da como resultado la
palabra que reconoce. Luego se detona el procesamiento al lenguaje natural, dando así una
representación conocida y finalmente se realiza una acción. De esta forma se pretende diseñar el
prototipo de la presente investigación, es decir que el usuario tendrá que pronunciar una frase y en
el momento de reconocer dicha frase, el sistema embebido va a producir una acción en el entorno de
38
la persona discapacitada, a continuación, se realiza una pequeña reflexión de algunas arquitecturas
que permitan identificar en cual será usada en el prototipo de esta investigación.
La investigación pretende realizar un breve estudio del arte que permita reconocer la
arquitectura del funcionamiento de un sistema de reconocimiento de voz
2.3.12. Alternativas actuales del reconocimiento de voz
En el mercado y en la red se presentan diferentes alternativas al momento de realizar una
solución de reconocimiento de voz, en cada una de estas se presentan comportamientos o
características diferentes, en el caso que se permitiera combinar los diferentes modelos o
alternativas, se podría optimizar las ventajas que cada una ofrece. para la presente investigación los
siguientes son conceptos importantes para el proceso de reconocimiento de ordenes por voz ya que
el prototipo planteado requiere de esta función para la integración con la aplicación y el sistema
embebido.
2.3.12.1. Enfoque acústico-fonético
Como se demuestra en (Puertas, 2000) el enfoque acústico-fonético es una técnica que tiene
como fin interpretar y decodificar los sonidos que contiene la voz para asignar características
determinadas. Sin embargo, las propiedades de este enfoque son altamente variables, pues depende
del tono del locutor y la velocidad en la que se generan las secuencias fonéticas y como se identifica
en la investigación, la identificación por comandos de voz presenta falencias en entornos ruidosos e
incluso con personas que presenten problemas en su voz.
2.3.12.2. Enfoque de patrones
Es un método que decodifica la señal ingresada a partir de un grupo de señales reconocidas por
el sistema, lo cual permite, el reconocimiento de las características principales que generan el
39
modelamiento de la información, es decir que a partir del entrenamiento del sistema se puede
reconocer y tomar la decisión. (Puertas, 2000)
2.3.12.3. Enfoque de la inteligencia artificial
Este método utiliza las redes neuronales artificiales (RNA o ANN por sus siglas en ingles de
Artificial Neural Networks). Las RNA son sistemas que agrupan un conjunto de unidades neuronales
conectadas entre sí, que permiten entrenarse a partir de un grupo de datos de manera aleatoria, a
este proceso se le conoce como aprendizaje y permite su usabilidad en paralelo con el fin del
afinamiento, sin embargo, para su correcto uso y entrenamiento es necesario usar dispositivos de
grandes capacidades de procesamiento, (Puertas, 2000), este enfoque será usado en la presente
investigación ya que Google cuanta con este tipo de servicio para la identificación de ordenes por
voz en su herramienta Google Assistant, el cual será aprovechado para el diseño de ordenes por
comandos de voz que serán recibidas por el sistema embebido.
2.3.13. Metodología de investigación tecnológica
La investigación tecnológica, también denominada Desarrollo, tiene por finalidad la invención de
artefactos o de procesos para su utilización por la sociedad. (Sánchez, 2004). Cuando uno de estos
artefactos es presentado y aceptado por el mercado, logrando una plena realización práctica,
industrial y comercial, se dice que se ha producido una «innovación tecnológica», pero si el producto
o proceso no es aceptado por el mercado, se habrá producido una «invención».
Teniendo en cuenta lo anterior es preciso decir que para este proyecto de investigación se espera
que el producto o artefacto creado sea una muestra del sistema que podría ser usado a escala real
por las personas con discapacidad motriz, independientemente sea considerado como una
innovación o una invención, puesto que uno de los limitantes expuestos para esta investigación es
que sea de uso residencial, no industrial.
40
Según (Córdoba, 2007) la investigación tecnológica tiene como fin obtener un conocimiento para
lograr modificar la realidad en estudio, vinculando la investigación y la transformación. Trata de ir
más allá de las ideas, orientándose a las acciones para generar bienes o servicios y facilitar la vida
del hombre, siendo esto último el objetivo general de la presente investigación donde se pretende
desarrollar un prototipo de sistema de reconocimiento de voz a través de la tecnología WIFI
integrando la comunicación hombre-maquina (M2P), que permita el control y accesos, a: aperturas
y cierre de puertas y ventanas, iluminación de ambientes domésticos para personas con
discapacidad motriz en aras de mejorar su calidad de vida.
Teniendo claro el concepto de investigación tecnológica es momento de conocer las etapas las
cuales mencionan los procesos o la metodología de la investigación tecnológica con el fin de lograr
los objetivos propuestos para esta investigación.
1. Fase. Identificación
Corresponde a la primera fase del proceso de investigación tecnológico, donde se determina cual
es la necesidad que se debe satisfacer con la tecnología o producto que se quiere obtener y cuáles
son las condiciones que esa solución debe contemplar.
2. Fase. Exploración
Luego de la identificación del problema, inicia la búsqueda de información, recopilación de ideas
y datos a través de todos los medios posibles en las que se cuenta con: la consulta bibliográfica
internet, libros, revista, artículos, periódicos, observación directa, análisis de tecnologías, o
productos existentes y la consulta a través del recurso humano: entrevista, reuniones. La
información obtenida y recopilada es empleada para obtener claridad frente al tema de estudio,
aclarar conceptos, estudiar materiales y técnicas de desarrollo.
3. Fase. Diseño
Esta fase es una de las más importantes en lo respecta al proceso tecnológico ya que sobre esta se
van a sentar las bases de lo que será el desarrollo final del producto o tecnología, se buscan las
41
mejores ideas que resuelvan de forma óptima el problema y que se adapten a los requerimientos
empleados en la primera fase, tras los primeros bocetos, se van estructurando diseños serios y
rigurosos que aparecen en juego.
4. Fase. Planificación
En este momento se incluyen tareas como la selección de materiales y herramientas necesarias
para la construcción de la solución, se enumera los pasos a seguir de forma ordenada, materiales y
herramientas que se utilizan en cada uno de los pasos, el tiempo y calendario de ejecución del
proyecto, la mano de obra, espacios que se necesitaran.
5. Fase. Construcción
Todo lo visto en las anteriores fases se concretan en un producto o tecnología, se pasa de la idea
al producto real a través de la construcción del producto que se ha estado planificado. En esta
construcción es importante ajustarse a todo lo indicado en la etapa de diseño, sobre todo que refiere
a tiempos, costos y materiales.
6. Fase. Evaluación
Una vez desarrollado el producto, se debe comprobar que cumple con las condiciones y que
resuelve el problema visto en la fase 1, satisfaciendo las necesidades. En caso de haber algún
problema se debería volver hacia atrás en las fases llegando incluso a la fase de diseño para localizar
la causa del problema y corregir lo que sea necesario. Esto suele ser habitual en procesos de
construcción de productos complejos, siendo necesario a veces volver en varias ocasiones a la fase
de diseño.
7. Fase. Divulgación
Una vez que el producto está fabricado y comprobado se llega a la última fase de lo que es
el proceso tecnológico. Ya se puede dar a conocer y comercializarlo, si ese era uno de los objetivos.
Se puede preparar una memoria técnica e incluso publicar en prensa y revistas especializadas el
nacimiento de ese nuevo producto o tecnología.
42
Toda la información del proceso tecnológico que se mencionó anteriormente está basada en
(Equipo de Expertos Universidad Internacional de Valencia, 2018)
2.4. Términos Comunes
AI2: App Inventor 2
APK: Paquete para el sistema operativo Android.
ASODISPAR: Asociación de Discapacitados y parapléjicos
CDA: Entradas y salidas controlador
CEPAL: Comisión Económica para América Latina y El Caribe
CER: Centro Especializado de Recepción
CNR: Centro Nacional de Rehabilitación Teletón
DHCP: Protocolo de configuración dinámica de host
DOFA: Debilidades, oportunidades, fortalezas y amenazas
HTTP: Protocolo de transferencia de Hiper texto
IANA: Autoridad de asignación de números de Internet
IEEE: Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
IDE: Entorno de desarrollo interactivo
IoT: Internet de las cosas
IP: Protocolo de internet
M2P: Conexión hombre-maquina
MIT: Instituto Tecnológico de Massachusetts
OMS: Organización mundial de la Salud
RLCPD: Registro para la Localización y Caracterización de las Personas con Discapacidad
WIFI: Fidelidad Inalámbrica (Wireless Fidelity)
LAN: Rede de área local
43
3 Capítulo III
3.1. Metodología del Proyecto
De acuerdo con la literatura expuesta en capítulos anteriores, donde se abordan diferentes
aspectos sociales, técnicos, explicativos, los cuales se consideran relevantes al desarrollo de la
presente investigación, es posible inducir los alcances que se esperan logran con la presente
investigación.
Existen diferentes tipos de investigación: científica (cuantitativa y cualitativa) y tecnológica. Cada
uno de estos tipos de investigación se emplea dependiendo el nivel de profundización de los
objetivos de la investigación.
Para este proyecto de investigación “Sistema de reconocimiento de voz para personas con
discapacidad motriz” se hace uso de la investigación tecnológica (la cual modifica la realidad, es
decir, su propósito es crear artefactos, así como también implementar mejoras sobre los existentes)
a través de la aplicación científica que encamina a descubrir conocimientos y aplicabilidad a un
contexto de espacios académicos
En este apartado se describe el proceso de investigación aplicado para el desarrollo de la
presente investigación, así mismo convergen los conocimientos adquiridos durante la carrera.
3.1.1. Identificación
En esta fase se observa y reflexiona sistemáticamente sobre realidades teóricas y empíricas
usando diferentes tipos de documentos, datos y censos, donde se indaga e interpreta como se puede
observar en el capítulo I de la presente investigación, con el fin de determinar las necesidades de la
población con discapacidad motriz y de esta manera determinar las principales necesidades de la
población en mención.
44
3.1.2. Exploración
En esta fase de exploración se realizó búsqueda de información y en base a los antecedentes,
marco teórico y definición de términos básicos expuestos en el capítulo II de la presente
investigación; se analiza las alternativas tecnológicas apropiadas para personas con discapacidad
motriz, obteniendo claridad frente al tema de estudio y técnicas de desarrollo que permitan suplir
las necesidades identificadas en la fase anterior, esto le permite a la presente investigación dar
cumplimiento al segundo objetivo específico planteado.
3.1.3. Diseño
Posterior al análisis realizado en las fases anteriores, la presente investigación permite
demostrar los sustentos sobre los cuales se instaura los cimientos el uso de los elementos de
software y hardware usados para el desarrollo del prototipo.
A continuación, se muestran los principales sustentos que se consideraron a partir de la
investigación previa adicional al uso del razonamiento de los integrantes del grupo de investigación.
• Se plantea el uso de conexiones inalámbricas aprovechando, el amplio espectro de red
que ofrece, las facilidades de instalación, adicional su fácil interacción con el entorno
facilitando la conexión entre los dispositivos que permitan la interacción del sistema
domótico, evitando el uso de medios guiados los cuales pueden acarrear accidentes, si se
dejan mal instalados, o pudiesen aumentar el costo de la solución.
• Usar un microcontrolador que cuente con módulos integrados tales como el módulo
bluetooth y módulo de recepción wifi, con la finalidad de reducir costos al proyecto,
optimizar espacios dentro del sistema domótico e integración con lenguajes de
programación trabajados durante el desarrollo de la carrera.
• Usar como interfaz de programación, la herramienta App Inventor, la cual es un entorno
de desarrollo de software creado por Google y administrado por el Instituto de
45
Massachussets (MIT), el cual nos permite crear aplicaciones por medio de bloques de
manera intuitiva y gráfica, sin necesidad de tener bastos conocimientos de programación,
adicional nos permite poder conectarnos a su interfaz desde diferentes lugares ya que se
encuentra publicado en internet y todo el trabajo queda almacenado en la cuenta de
correo usada para el inicio de sesión.
• Enfocar la solución a dispositivos con sistema operativo Android en versiones superiores
a la versión 6.0, pues a partir de esta versión se cuenta con los servicios de Google
Assistant, los cuales son producto de inteligencia artificial y pueden responder a grandes
problemáticas sin necesidad de recurrir a grandes fuentes de procesamiento, mejorando
así significativamente la problemática del ruido ambiental o la dependencia de uso de
grandes dispositivos para el procesamiento de la orden o incluso la adquisición de
software de terceros el cual requiere para su funcionamiento un dispositivo de gran
capacidad, sin olvidar el valor del licenciamiento.
• A pesar de que la herramienta App inventor proporciono diferentes soluciones a barreras
a las cuales se enfrentó la presente investigación, también exhibo una desventaja
competitiva, pues todos los desarrollos elaborados en esta herramienta solo se pueden
usar en sistemas operativos Android.
Partiendo de los juicios anteriores, se procede a diseñar un prototipo de sistema de
reconocimiento de voz para personas con discapacidad motriz, a través del uso de herramientas de
bajo costo, optimizando al máximo los recursos disponibles y poniendo en ejecución los
conocimientos de los integrantes del grupo investigador.
3.1.3.1. Diseño para la creación del prototipo
En este apartado se mencionarán y mostrarán los bocetos esquemáticos, diagrama de bloques,
diseño del hardware y diseño del software.
46
3.1.3.1.1. Matriz DOFA de la Tecnología Inalámbrica WIFI
La matriz DOFA es una herramienta que permite realizar un análisis con el fin de examinar las
Debilidades, Oportunidades, Fortalezas, y Amenazas, para este caso el análisis de la tecnología
inalámbrica WI-FI la información para crear esta matriz fue tomada de (Wi-fi Alliance, 2019)
47
Tabla 3 Matriz DOFA de la tecnología WIFI Fortalezas
Integración de despliegue de
diferentes topologías de red.
Alta tasas de velocidades de
transmisión de datos según
el estándar 802.11 al cual se
encuentre en su categoría.
Fácil integración otras redes
de despliegue como las redes
LAN, WAN.
Su banda de transmisión no
tiene costo.
Debilidades
Cobertura en la conexión de
usuarios
Altos costos dependiendo
servicios a la solución de las
necesidades del usuario.
Amenazas
La ampliación de cobertura
depende del modelo de red
existente en el servicio
Falla de la conexión dependiendo
el despliegue de la red actual
Estrategias FA La fácil integración y despliegue en diversas tecnologías permite la adaptación en diversos modelos de red ajustándose a cualquier topología y mejorando su cobertura además evitando en gran medida la perdida de conexión
Estrategias DA
La cobertura depende de la
ubicación tanto de los
repetidores como del
entorno donde se encuentra,
sin embargo, es posible
ajustar las frecuencias las
cuales permiten evitar
interferencias con otras
redes o usar bandas que
permitan mayor alcance o
estabilidad
Oportunidad
Fácil adaptación en un sistema de
red.
Cantidad de nodos de extensión.
Seguridad y encriptación del
servicio.
No tiene utilización de medios
guiados (Medios Cableados).
Mayor de tasa de cantidad de
datos de transmisión
Estrategia FO Adaptación y expiación de la red inalámbrica. Permitir la conectividad con diversos elementos de la red. Aumentar la calidad del servicio mejorando y creando estándares que amplíen la seguridad del envió de datos por este medio. Crear un entorno de alta velocidad de transferencia de datos con anchos de banda mayores y equipos repetidores de mayor calidad
Estrategias DO
La tecnología WIFI es usada
en la gran mayoría de
hogares su adaptabilidad a
sistemas de red, su cobertura
inalámbrica es un medio
apropiado para una red
domótica que evita las
conexiones mediante
cableados que generan
obstáculos, además por ser
bandas libres permiten
modificar las frecuencias
para evitar la interferencia
con redes cercanas.
Fuente: Elaboración propia (2019)
Factores
externos
Factores
internos
48
3.1.3.1.2. Matriz DOFA de ESP32
En este apartado se realiza un análisis con el fin de examinar las Debilidades, Oportunidades,
Fortalezas, y Amenazas, del microcontrolador ESP32, el cual es el dispositivo que más se ajusta a las
necesidades expuestas en la presente investigación. La información para crear esta matriz fue tomada
de (Espressif System, 2019) y del trabajo realizado con este microcontrolador.
49
Tabla 4 Matriz DOFA Microcontrolador ESP32 Fortalezas
Integra módulo WiFi y
Bluetooth.
Dispone de 48 pines.
Puede comunicarse con
protocolos SPI, I2C, UART,
MAC Ethernet, Host S
Debilidades
Se debe tener oprimido el
boot cada vez que se sube un
sketch
El IDE del fabricante es
complejo
Los pines de salida son tipo
macho
Amenazas En ocasiones no sube el Sketch completo
Estrategias FA Al ser un microcontrolador que integra un módulo Wifi evita problemas con elementos externos a ESP32, además disminuye costos.
Estrategias DA
Creación de backups y
procesos para validar los
Sketch cargados, la facilidad
de usar IDE de otros
fabricantes como Arduino
permite facilitar tanto el
método e configuración
como de cargue de datos.
Oportunidad
Compatible con IDE diferentes a
los del fabricante
Control en la transferencia de
datos
Permite asignar varias funciones
en el mismo conector
Estrategia FO Su configuración se hace sencilla debido a su compatibilidad con IDE de otros fabricantes como Arduino que además no presenten costos Sus módulos inalámbricos integrados disminuyen costos al no tener que comprarlos e integrarlos por aparte.
Estrategias DO
Es posible el uso de
deferentes IDE que faciliten
la configuración del
microcontrolador.
Usar adaptadores hembra
que son sencillos de
encontrar en el mercado y de
costos bajos.
Fuente: Elaboración propia (2019)
3.1.3.1.3. Diagrama de bloques
En este diagrama de bloques se permite abordar la definición funcional del sistema embebido,
usando la voz (señal análoga) de la persona con discapacidad como encargada de realizar las
peticiones, estas se envían a la aplicación desarrollada haciendo uso de un smartphone con sistema
operativo Android, donde se utilizan peticiones GET las cuales permiten recuperar el estado de
cierta información, se hará uso de este tipo de peticiones con la finalidad de obtener en texto el
Factores
externos
Factores
internos
50
mensaje transmitido en la señal analógica ingresada por el usuario, la información obtenida es
conducida por un medio no guiado, en esta ocasión WIFI, se hará uso de la red existente.
Luego de haber obtenido el mensaje en texto anterior se procede a realizar él envió de la orden al
microcontrolador, usando el módulo WIFI propio de este controlador.
De acuerdo con la programación previamente establecida sobre el controlador, este sabrá
reconocer a que salida debe ligar la acción solicitada, esta reprogramación del microcontrolador
será abordada en los siguientes capítulos.
Ilustración 3 Diagrama de bloques funcionamiento de los dispositivos Fuente: Elaboración propia (2019)
51
3.1.3.1.4. Esquemático de la red
En este esquemático de red para comunicaciones M2P,(por siglas en ingles de machine to
Person) se utiliza una topología de red tipo estrella, esta topología menciona que existe un nodo
principal donde convergen todas las conexiones de red; de acuerdo al desarrollo al prototipo el
nodo principal es el micro controlador ESP32, el cual es el encargado de ejecutar las acciones
solicitadas o las acciones preestablecidas las cuales son: encender iluminarias, apagar iluminarias,
abrir accesos y cerrar accesos, dejándolas a disposición de las personas con discapacidad motriz.
El servidor web, publicado en el microcontrolador, opera mediante el protocolo HTTP el cual
corresponde a la capa de aplicación de modelo de comunicaciones del estándar OSI. Al protocolo
HTTP se le asigna el puerto TCP 80 puesto que la IANA (Internet Assigned Numbers Authority) lo
categorizó como puertos conocidos. Las peticiones al servidor para esta propuesta se realizan
mediante HTTP utilizando el método de petición GET (recuperación de datos), en el que la función a
realizar se solicita a través de la URL al servidor Web.
De acuerdo con la siguiente imagen, se puede deducir que el esquema a implementar
corresponde a un modelo Cliente-servidor.
Ilustración 4 Cliente-servidor HTTP Fuente: Elaboración propia (2019)
Durante el desarrollo de esta propuesta se establece que el microcontrolador ESP32 será el
dispositivo encargado de ser el servidor web y recibirá las peticiones enviadas a través del
52
reconocimiento de ordenes por voz integrado en la aplicación, así mismo se encargará de procesar
dicha petición, dar respuesta y enviar las señales digitales a los actuadores.
De acuerdo con lo anterior se presenta así el microcontrolador ESP32 actuando como nodo
central, encargado de enviar las solicitudes requeridas por el usuario, comunicándose de esta forma
con cada actuador (Servomotores, Diodo leds) del prototipo, por lo tanto si algún terminal presenta
un fallo o pierde comunicación con el ESP32 no afecta el resto de los componentes del sistema
domótico, en cuando a el router su función es servir como conexión entre el smartphone y el
microcontrolador y así lograr la comunicación final con cada elemento de la red.
Ilustración 5 Topología estrella sistema domótico Fuente: Elaboración propia (2019)
.
53
3.1.3.1.5. Diseño del hardware
Para el prototipo planteado en esta investigación, se hace uso de hardware que consta de los
siguientes elementos:
• ESP32 SoC (System on Chip), es un microcontrolador que integra tecnologías bluetooth y
WIFI, que proporcionan conectividad a internet y otros dispositivos, es un módulo muy
económico en el mercado ideal para el desarrollo de aplicaciones enfocadas a internet de
las cosas y en el caso del sistema de reconocimiento de ordenes mediante la voz que se
planteó en el trabajo de investigación ya que posee dos pines de salida digital análoga lo
cual es perfecto para para proyectos de este tipo porque permite dar mejor claridad de la
voz.
• Servo motor SG90, es un motor eléctrico que permite controlar la velocidad del giro,
programando el tiempo en que pueda dar el mismo, está en el rango de trabajo de 1 mili
segundo y 2 milisegundo, el IDE de Arduino cuenta con una librería (servo.h) el cual
permite programar un giro de -90° y 90° lo que viene siendo un ángulo de giro de 180°
es por esto que el dispositivo se utilizó en el prototipo de reconocimiento de voz para
simular la apertura y cierre de puertas y ventanas.
• Diodos LED, es un dispositivo que emite una luz incandescente, suelen tener una mejor
eficiencia de la corriente cuando es menor. Este dispositivo es perfecto para simular el
encendido y apagado de las diferentes luces en el prototipo, de igual manera puede ser
utilizado en el hogar para la persona con discapacidad motriz ya que es un dispositivo de
bajo consumo, y tiene una vida útil aproximadamente de 100000 horas.
• Smartphone, dispositivo con sistema operativo Android debe ser una versión superior a
6.0 ya que esta nueva versión, indica que las aplicaciones que quieran acceder al
micrófono, GPS o cámara deben pedir permiso mediante un aviso para acceder a ciertas
funciones del teléfono. Además, el Smartphone debe contar con una conexión inalámbrica
54
a una red, cabe mencionar que el dispositivo debe tener el micrófono en buen estado ya
que es importante para el reconocimiento de voz para el uso de la aplicación Prevoice.
El prototipo requiere de una alimentación eléctrica regulada, para el diseño se plantea el uso de
un adaptador Samsung EP-TA200, dispositivo de uso comercial que puede conseguirse en cualquier
parte. La condición para que el prototipo funcione correctamente es que debe trabajar 3.3 a 5 V-DC.
Ideal para que el sistema trabaje con normalidad, cabe mencionar que si trabaja a más voltaje de lo
que se está indicando puede quemar los dispositivos internos del prototipo.
Así pues, con lo que se mencionó anteriormente, se procede a diseñar la programación del
hardware.
Como el microcontrolador ESP32 cuenta con módulo WI-Fi se procede a verificar las librerías
que pueden ser adaptadas para el funcionamiento de dicha tarjeta. Inicialmente se realiza pruebas
con la librería WiFi.h del IDE de Arduino. Para el uso de esta librería se pretende que el controlador
tome la IP estática o DHCP (protocolo de configuración IP dinámicas que se asigna a los dispositivos
que se encuentran en el mismo segmento de red); y así mismo brinde capacidad de servidor web. Es
decir el sistema debe reconocer hacia qué red se está conectando y debe identificar la IP del
servidor que se fue asignada para que la aplicación Prevoice detecte y sincronice con el sistema.
Teniendo el módulo conectado a la red WLAN se procede a verificar los puertos CDA del ESP32
con el fin de crear un código propio que permita realizar las funciones preestablecidas para el
sistema embebido.
Se verifica el pinout del ESP32 SoC para determinar cuáles pueden ser usados para los
actuadores.
55
Ilustración 6 Pinout ESP32 Fuente: (Espressif System, 2019)
A continuación, se mencionan los pines requeridos del microcontrolador ESP32 para el
prototipo, cabe resaltar que este microcontrolador cuenta con una fuente integrada de 3,3 v, sin
embargo, no se tiene en cuenta para el planteamiento de esta propuesta, debido a que un
servomotor requiere como mínimo ese voltaje y esto no permite un movimiento adecuado, además
las funciones establecidas en el pseudocódigo que son usados para los actuadores ya definidos,
Servomotores y Leds.
56
Tabla 5 Pinout ESP32 PIN ESP32 REQUERIDOS PARA EL PROTOTIPO
PIN FUNCIÓN TERMINAL
Pinout 2 Al recibir la petición del puerto serial se escribe 1 o 0
según el dato recibido, el cual enciende o apaga la luz del baño
LED
Pinout 4 Al recibir la petición del puerto serial se escribe 1 o 0 según el dato recibido, el cual enciende o apaga la luz de la habitación
LED
Pinout 12 Al recibir la petición del puerto serial se escribe una posición o grado desde 0 a 90 según el dato recibido, este permite abrir o cerrar la puerta de la habitación girando en dos direcciones.
SERVOMOTOR
Pinout 13 Al recibir la petición del puerto serial se escribe una posición o grado desde 0 a 90 según el dato recibido, este permite abrir o cerrar la puerta del baño girando en dos direcciones.
SERVOMOTOR
Pinout 15 Al recibir la petición del puerto serial se escribe 1 o 0 según el dato recibido, el cual enciende o apaga la luz de la cocina
LED
Pinout 32 Al recibir la petición del puerto serial se escribe una posición o grado desde 0 a 90 según el dato recibido, este permite abrir o cerrar la puerta de la entrada girando en dos direcciones.
SERVOMOTOR
Pinout 33 Al recibir la petición del puerto serial se escribe una posición o grado desde 0 a 90 según el dato recibido, este permite abrir o cerrar la ventada girando en dos direcciones.
SERVOMOTOR
Fuente: Elaboración propia (2019)
Es importante aclarar que para la construcción del pseudocódigo se plantea que por cada frase
preprogramada el controlador reciba un código a través del reconocimiento de ordenes por voz de
Android, dicho código será traducido por la programación realizada desde la creación de la
aplicación.
3.1.3.1.6. Diseño del software
Para el desarrollo de la aplicación se realizará con el lenguaje de programación Kawa el cual está
integrado en el editor de bloques de la herramienta app Inventor 2 (AI2), herramienta que se
encuentra distribuidas por el instinto de tecnología de Massachusetts (MIT por sus siglas en ingles
de Massachusetts Institute of Technology) bajo su licencia libre la cual puede ser accedida desde su
57
portal web http://ai2.appinventor.mit.edu/ para su uso únicamente se requiere de un registro con
una cuenta Gmail; esta herramienta está soportada Blockly de JavaScript la cual es una librería libre
usada en para desarrollar a partir de bloques de manera visual, esta última librería se encuentra
integrada a la herramienta AI2.
Dentro de la propuesta se pretende que las personas con discapacidad motriz tengan la
posibilidad de controlar algunos de los objetos del hogar a través de la voz, mediante el uso de su
smartphone Android conectado a la red local inalámbrica. Para esto, se diseña una aplicación la cual
llevara el nombre de ‘PreVoice’ que contiene, pantalla de inicio transitoria, bienvenida, menú de
opciones, menú de sistema de reconocimiento de voz, sistema de respaldo y serie de funciones
preestablecidas.
Para lo anterior se procede a definir las pantallas que serán usadas para la interacción de la
persona con discapacidad motriz y posteriormente la función del código que se desarrollará.
Para esto se define la creación de 9 pantallas cada una con una funcionalidad que a continuación
se mencionan:
Screen 1: Pantalla de inicio transitoria. Llevará una imagen que identifique la aplicación y un
tiempo de espera de cinco segundos, cuando este finalice abrirá el screen 2 (Bienvenida)
Screen 2: Bienvenida. Llevará el logo de bienvenida R3DVirual y tres opciones, tales como
información acerca de la aplicación, iniciar y cerrar la aplicación.
Opción acerca de la aplicación: Es una opción que permite a la persona con discapacidad motriz
conocer de qué se trata esta aplicación, para que sirve y que puede hacer con ella.
Opción cerrar aplicación: Esta opción permite a la persona con discapacidad motriz cerrar la
aplicación es decir salir de la misma y volver a su menú de aplicaciones.
Opción iniciar: Esta opción le permite al usuario ingresar al menú de opciones o screen 3
58
Screen 3: Menú de opciones. Corresponde al menú de opciones principal el cual permite elegir
tres opciones, tales como; ingresar al sistema de reconocimiento de voz, sistema de respaldo y la
opción de regresar al menú de bienvenida.
Opción regresar: Esta opción le permite al usuario regresar al screen 2 o pantalla de bienvenida.
Opción reconocimiento de voz: Esta opción le permite al usuario ingresar al screen 4
Opción sistema de respaldo: Esta opción le permite ingresar a la persona con discapacidad
motriz ingresar al screen 5.
Screen 4: Menú de reconocimiento de voz. Corresponde al menú de opciones, donde llevará cinco
opciones tales como: Encender iluminarias, abrir accesos, apagar iluminarias, cerrar accesos,
regresar al screen anterior, al oprimir cada una de esas opciones dirigirá al usuario los screen 5, 6, 7
y 8.
Screen 5 a 8: Encender iluminarias, apagar iluminarias, abrir accesos, cerrar accesos. Llevará un
reconocimiento de voz para escuchar al usuario hablar y convertir el sonido hablado en texto
usando la función de reconocimiento de voz de Android, junto a un componente web que
proporcione funciones para solicitudes HTTP GET (recuperar cualquier información), POST (enviar
información al servidor), PUT (almacenar entidad en una ubicación especifica) y DELETE (eliminar
información de una ubicación especifica)., adicionalmente cada una de estas llevará la opción para
regresar al anterior screen.
Screen 9: Sistema de respaldo. Corresponde al sistema de respaldo el cual se conectará al sistema
embebido sin necesidad de estar conectado a internet y en caso de que falle la conexión a internet o
los servidores de Google assistant para el reconocimiento de voz esta pueda ser empleada con solo
imprimir una opción como encender luz baño este haga la petición HTT GET al ESP32 y pueda tener
control de estos objetos.
59
3.1.4. Planificación
En esta fase se incluye el cronograma de actividades el tiempo y calendario con el fin de ejecutar
el proyecto de una manera ordenada, además de los costos que implica la creación del prototipo con
el fin de cumplir con los objetivos y alcances planteados en la presente investigación.
Tabla 6 Cronograma de actividades ACTIVIDAD SEMANA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Analizar Requerimientos
X X X
Recopilación y análisis de la información
X X X X X X X
Desarrollo argumentativo de la ficha de anteproyecto
X X X
Desarrollo del Diseño lógico
X X X
Desarrollo del Diseño físico
X X X
Desarrollo de Pruebas, optimización y documentación
X X X X
Correcciones del documento
X X
Monitoreo, gestión e implementación de la propuesta
X X X X
Conclusión y sustentación de la propuesta ante la Facultad de Ingeniería de Telecomunicaciones y ante el grupo GIIS
X X
Momento de evaluación y aceptabilidad por parte de GISS
X
Fuente: Elaboración propia
60
Como se muestra en el cronograma de actividades se establecieron diferentes actividades las
cuales se explicarán cada una de ellas a continuación teniendo en cuenta la metodología de
investigación tecnológica:
Analizar requerimientos: En esta actividad se analiza que se considera necesario para
determinar las necesidades de la población con discapacidad motriz haciendo uso de la primera fase
(Identificación) de la metodología de investigación tecnológica.
Recopilación y análisis de la información: En esta actividad se realizó búsqueda de información
como antecedentes y marco teórico haciendo uso de la segunda fase (Exploración) de la
metodología de investigación tecnológica.
Desarrollo argumentativo de la ficha de anteproyecto: En esta actividad se plantea la propuesta
de proyecto grado y se desarrolla a través de las dos anteriores actividades (Analizar
requerimientos y Recopilación y análisis de la información) con el fin de presentarla ante el Grupo
de investigación en ingeniería de sistemas (GIIS)
Desarrollo del Diseño lógico y físico: Esta actividad se realiza el diseño de software y de
hardware para el prototipo haciendo uso de la tercera fase (Diseño) de la de la metodología de
investigación tecnológica
Desarrollo de Pruebas, optimización y documentación: En esta actividad se realiza la
construcción de las pruebas a ejecutar y los documentos o anexos necesarios para la entrega del
proyecto teniendo en cuenta la fase siete (Divulgación) de la metodología de investigación
tecnológica
Correcciones del documento: En esta actividad se tiene en cuenta las observaciones por parte del
director del proyecto de grado, con el fin de hacer las correcciones pertinentes y obtener el
aprobado para la sustentación del proyecto de grado.
61
Monitoreo, gestión e implementación de la propuesta: En esta actividad se realiza la construcción
del prototipo y se tiene en cuenta las fases de construcción y evaluación de la metodología de
investigación tecnológica.
Conclusión y sustentación de la propuesta ante la Facultad de Ingeniería de Telecomunicaciones
y ante el grupo GIIS: En esta actividad se espera que ante el jurado se haga la presentación del
proyecto de grado y sustentar el mismo.
Momento de evaluación y aceptabilidad por parte de GISS: En esta actividad se espera la
aprobación del proyecto de grado por parte del grupo GIIS.
En este apartado se mencionarán los costos que implica la creación del prototipo con el fin de
cumplir con los objetivos y alcances planteados en la presente investigación. A continuación, se
relaciona la tabla de costos del proyecto.
Tabla 7 Costos del proyecto Ítem Cantidad Valor total Aporte
Universidad Aporte
Estudiante
Desarrollo Aplicación
Android
1 2’100.000 No Aplica X
Construcción maqueta
1 345.600 No Aplica X
Servo SG9 4 44.000 No Aplica X
ESP32 Wifi + Bluetooth
1 35.000 No Aplica X
Diodos LED 4 1.000 No Aplica X
TOTAL 2’525.000
Fuente: Elaboración propia
Como se muestra en la tabla de costos del proyecto se definieron diferentes ítems los cuales se
proceden a explicar a continuación:
62
Desarrollo de la aplicación: Para el desarrollo de la aplicación se tiene en cuenta la fase de diseño
la cual depende de las fases de identificación y exploración, con el fin de iniciar con las fases de
construcción y evaluación:
Construcción de la maqueta: Para la construcción de la maqueta se tiene en cuenta a dimensión
de los objetos que se pretenden usar y de esta manera definir la escala y materiales para la
construcción.
ESP32 Wifi + Bluetooth: Después de los análisis realizados de los diferentes controladores y
teniendo en cuenta la matriz DOFA expuesta en el diseño del prototipo se procede a hacer uso de
este controlador con el fin de implementarlo en el prototipo.
Actuadores (Servomotores y Diodos LED): Se definieron estos actuadores con el fin de dar
alusión a los diferentes objetos del hogar
3.1.5. Construcción
De acuerdo con lo expresado en los anteriores apartados justifica la creación del prototipo,
apoyado en la investigación teórica sobre las necesidades padecidas por las personas en condición
de discapacidad motriz, el análisis sobre los lenguajes de programación y en las ventajas ofrecidas
por la herramienta app inventor 2 (AI2) adicional al conocimiento obtenido en la facultad de
ingeniería, convergen con el fin de que dicho conocimiento sea operativo y ejecutable. En esta
construcción es importante concordar con lo indicado en la etapa de diseño, y en lo que refiere a la
planificación del prototipo.
3.1.5.1. Desarrollo del hardware
Para el funcionamiento de los actuadores (Servomotores y diodos LED) se tiene en cuenta el
pinout del ESP32 y posteriormente se procede a programarlo con el IDE de Arduino, teniendo en
63
cuenta su función de servidor web y controlador. A continuación, se describe la programación
implementada en el microcontrolador.
Se define la librería WiFi.h la cual se descarga desde la página de (GitHub, 2019) y se instalan en
la aplicación de Arduino para trabajar con este entorno de desarrollo integrado. La librería
anteriormente mencionada permite la conexión del módulo Wifi a la WLAN del usuario para
convertirse en un servidor web, para esto se realiza la respectiva programación del
microcontrolador ESP32 SoC
Con lo realizado anteriormente se verifica a través del monitor serial (permite enviar y recibir
datos), que el módulo ESP32 tome la dirección IP (Internet Protocol). A partir de que el módulo
toma la dirección IP y se demuestra a través del monitor serial, se procede a verificar desde la web
que se tenga conexión con el módulo y se pueda administrar desde otro equipo haciendo la petición
HTTP GET.
Se define la librería Servo.h (descargada desde la página de (GitHub, 2019) ) la cual permite
controlar servomotores como los usados para este prototipo, junto con los pines de salida y estados
actuales en el VoidSetup (función que se ejecuta en el momento que el programa se inicia) para los
actuadores. Posteriormente se inicia las sentencias de salida para la toma de datos a través del void
loop (función que ejecuta el programa en bucle).
Al tener conexión con el módulo se realiza prueba de apertura, cierre de puertas y ventana, y
encendido y apagado de iluminarias por medio de la conexión WLAN observando que las salidas
definidas actúen de manera satisfactoria.
3.1.5.2. Desarrollo del software
En este apartado se enseña el paso a paso de la interfaz para el usuario o persona con
discapacidad motriz.
64
3.1.5.2.1. Pantalla de inicio transitoria
La pantalla de inicio transitoria permite que la persona con discapacidad observe a que aplicación
está ingresando, posteriormente después de dos segundos ingresa a la pantalla de bienvenida. En la
siguiente imagen se puede observar la interfaz de usuario
Ilustración 7 Interfaz de usuario pantalla de inicio transitoria Fuente: Elaboración Propia (2019)
3.1.5.2.2. Bienvenida
La pantalla de Bienvenida lleva el logo R3DVirual y tres opciones, tales como información, iniciar
y cerrar la aplicación, como se puede observar en la siguiente imagen.
65
Ilustración 8 Pantalla de bienvenida Fuente: Elaboración propia (2019) .
3.1.5.2.3. Información
La pantalla información permite a la persona con discapacidad motriz conocer de qué se trata
esta aplicación, para que sirve y que puede hacer con ella, como se puede observar en la siguiente
imagen.
66
Ilustración 9 Información Aplicación Prevoice
3.1.5.2.4. Menú de opciones
La pantalla menú principal es la pantalla que se dirige cuando la persona con discapacidad
motriz oprime en la opción ‘iniciar’ muestra 3 (tres) opciones para la interacción con el entorno del
usuario, una basada en el reconocimiento de ordenes por voz que al seleccionar lo redirige a un
menú donde inicia la interacción con la voz y la otra es un sistema de respaldo en caso tal de que la
anterior falle, en el momento que se selecciona se ingresa a una interfaz que envía órdenes solo por
datos y por último la opción de regresar al menú de bienvenida. Como se puede observar en la
siguiente imagen
67
Ilustración 10 Menú de opciones principal Fuente: Elaboración propia (2019)
3.1.5.2.5. Menú de opciones reconocimiento de voz
El menú de opciones reconocimiento de voz permite a la persona con discapacidad motriz saber
qué funciones puede realizar. Dentro de estas opciones esta: encender o apagar iluminarias y abrir o
cerrar accesos. Si se desea elegir alguna de estas opciones se debe seleccionar y esperar la siguiente
instrucción. En la siguiente imagen se puede observar el menú de opciones del reconocimiento de
voz.
68
Ilustración 11 Interfaz de usuario menú de opciones Fuente: Elaboración propia (2019)
3.1.5.2.6. Serie de funciones
Esta interfaz permite al usuario enviar las ordenes por medio de voz al sistema domótico, en el
que elige la opción que desea realizar, en este caso se eligió la opción de encender, sin embargo,
para todos los casos (encender iluminarias, apagar iluminarias, abrir accesos, cerrar accesos)
funciona de la misma forma, lo primero que muestra la interfaz es un mensaje donde pregunta
“¿Que desea encender?”. Como se puede observar en la siguiente imagen, oprimiendo el logo de
Google Assistant puede pronunciar cualquier texto expuesto en la interfaz y el sistema embebido se
encargará de actuar en tiempo real
69
Ilustración 12 Interfaz de usuario serie de funciones Fuente: Elaboración propia (2019)
3.1.5.2.7. Sistema de respaldo
El módulo de respaldo se conectará al sistema embebido en caso de que falle la conexión a
internet o los servidores de Google assistant, el cual es un servicio dotado de inteligencia artificial al
que se puede acceder libremente y funciona a través de peticiones Get (recuperar cualquier
información) para el reconocimiento de voz, solo basta con oprimir la función y esta se ejecutará en
tiempo real. A continuación, se puede apreciar el módulo de respaldo
70
Ilustración 13 Sistema de respaldo Fuente: Elaboración propia (2019)
Después de crear la aplicación se compila para la instalación. Dicha aplicación tiene un peso de
40MB y se puede instalar con el formato .apk.
3.1.5.3. Seguridad en las comunicaciones entre dispositivos
Con el fin de garantizar seguridad a las personas en condiciones de discapacidad motriz que
intervienen con el sistema domótico, las aplicaciones que interactúan entre los dispositivos se
construyeron a partir del principio de permisos mínimos, con la finalidad de ir creciendo en
requerimientos de acuerdo con la necesidad presentada.
Los principios que se tuvieron en cuenta en el desarrollo de la aplicación servidor, fue permitir
únicamente la conexión al servidor expuesto por el microcontrolador, desde una red específica en
esta red previamente se configuro la reservación de la dirección ip asignada al controlador,
adicional a ello en la lógica de la configuración del microcontrolador se inhabilita las conexiones
71
diferentes al puerto 80 y por último se configura la denegación de todas las peticiones no
reconocidas(también conocido como DenyAll).
Desde el dispositivo router encargado de proveer la red WLAN, donde convergen los
dispositivos, se ha realizado un filtrado de direcciones MAC para asegurar los dispositivos que están
incluidos en la red, adicional se habilito la opción de redireccionamiento de puertos con la finalidad
de asegurar que por la red únicamente viajaran peticiones conocidas.
Por último, la aplicación que se instalara en el smartphone se entregara personalizada de
acuerdo con los requerimientos anteriores y únicamente se instalara a las personas que
manipularan el prototipo.
3.1.5.4. Construcción de la maqueta e implementación del hardware y
software
3.1.5.4.1. Elección de la escala
Para la construcción de la maqueta se plantea el uso de la escala 1:25 con el fin de poder apreciar
las funciones preestablecidas y tener un entorno dimensionado con los periféricos o actuadores.
3.1.5.4.2. Elección de los materiales
Para la construcción de la maqueta se elige material tipo madera, balso y acrílico, esto para dar
rigurosidad a la construcción total y a los elementos electrónicos que esta tendrá que soportar.
3.1.5.4.3. Despiece
Se realiza un diseño sobre la maqueta y se realiza un corte en máquina de precisión con el fin de
evitar desperdicios de material, tal como se observa en la siguiente ilustración.
72
Ilustración 14 Despiece del material. Fuente: Propia
3.1.5.4.4. Corte y replanteo
Para el corte de los materiales se usa la máquina de corte laser para hacer cortes finos y precisos
Ilustración 15 Cortes CNC Laser
73
Fuente: Elaboración propia (2019)
3.1.5.4.5. Unión o pegado
Se procede a unir las pizas (previamente cortada) con silicona liquida y colbón para madera.
Ilustración 16 Montaje prototipo. Elaboración: Fuente Propia (2019)
3.1.5.4.6. Implementación del hardware en la maqueta
Se procede a agregar el circuito a la vivienda prototipo, iniciando por el recorrido de cableado,
donde se ubican los motores y los diodos LED con el fin obtener la medida de las distancias a las
cuales estarán separados evitando desperdicios, posteriormente se ubican de manera temporal para
simular el funcionamiento del sistema embebido por medio del reconocimiento de voz con las
funciones preestablecidas. En la siguiente imagen se puede apreciar el montaje inicial del prototipo
donde se toman las medidas de distancia de los elementos que serán accionados a través de la voz.
3.1.5.4.7. Acabado
Se procede a pintar y a lijar las partes de la madera, adicionalmente se agregan los objetos
porcelánicos, se cubren las paredes interiores y pisos con papel contact que simula tableta de
porcelanato dando el efecto de una vivienda lista para su habitar, como se demuestra en la siguiente
ilustración.
74
Ilustración 17 Acabado de maqueta en funcionamiento Fuente: Elaboración propia (2019)
Evaluación
En esta fase se realizan las pruebas según el método de caja negra. Este método es una técnica de
pruebas de software en la cual la funcionalidad se verifica sin tomar en cuenta la estructura interna
de código, detalles de implementación o escenarios de ejecución internos en el software.
Las pruebas de caja negra se enfocan solamente en las entradas y salidas del sistema, sin
preocuparse en tener conocimiento de la estructura interna del programa de software. Para obtener
el detalle de cuáles deben ser esas entradas y salidas, se basa únicamente en los requerimientos de
software y especificaciones funcionales. (La oficina de proyectos de informática, 2019)
Para lo anterior se hace uso de Plantilla de Casos de Pruebas de Software creada por
www.pmoinformatica.com donde se comprueba que la aplicación cumple con las condiciones y que
resuelve el problema planteado, satisfaciendo algunas de las necesidades en el hogar de una
persona con discapacidad motriz. El desarrollo pasa las pruebas planteadas a través del método caja
negra permitiendo que la aplicación denominada con el nombre ‘Prevoice’ tenga total interactividad
con el usuario donde los errores de reconocimiento de voz se ven afectado por un ruido mayor a
60dB, pero cuenta con un sistema de respaldo, en caso de ruido mayor a 60dB, perdida del internet,
y/o fallas con el reconocimiento de voz garantizando tolerancia a fallas.
75
Para ver las pruebas de caja negra dirigirse a (Anexo A)
3.1.6. Divulgación
Teniendo en cuenta que el producto está fabricado y comprobado se puede dar a conocer, para
esto se pretende entregar los siguientes documentos que soportan la creación del prototipo junto
con el desarrollo de la aplicación PreVoice.
Manual de usuario: Este documento tendrá un breve resumen en forma de presentación para que
las personas con discapacidad motriz puedan ver de forma clara y rápida el por qué se creó la
aplicación ‘Prevoice’ junto con sistema embebido y cuál es su propósito
Documentación del software: Este documento especificará los modelos usados para el desarrollo
del software de la aplicación y cuáles fueron las plataformas y métodos usados para su elaboración.
Cartilla presentación software: Este documento tendrá un breve resumen en forma de
presentación y cuál es su propósito.
76
3.2. Conclusiones
A través de la metodología empleada para el desarrollo de este proyecto se identificaron las
necesidades de la población con discapacidad motriz, con los datos recopilados de las diferentes
organizaciones, se analizaron las alternativas tecnológicas apropiadas para personas con
discapacidad motriz y fue posible diseñar y crear un prototipo de sistema de reconocimiento de voz
para personas con discapacidad motriz.
Con la creación de este prototipo y la aplicación ‘Prevoice’ que integra el sistema de
reconocimiento de voz, las personas con discapacidad motriz pueden observar cómo, a futuro, esta
propuesta a través de la implementación a escala real puede brindarles una independencia donde
puedan tener los servicios básicos para un desarrollo personal y familiar adecuado y sostenible,
acercándolos a una vida más digna y por ende optimización en la calidad de vida, además es viable
para personas con otras discapacidades, como un apoyo para que su vida se haga mucho más
cómoda y sencilla; dando a conocer en esta investigación un desarrollo a una metodología y un
mecanismo de inclusión social la cual se ve reflejada en el presente proyecto y a su vez aplicada al
prototipo.
77
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83
Anexo A. Pruebas de software (Black box testing)
Id AI1 EI1 AC1
Caso de Prueba Apagar iluminarias Encender
Iluminarias Abrir accesos
Descripción
Para esta prueba se requiere de un
medidor de ruido para lo cual se usó
un smartphone con la aplicación
medidor de sonido, otro smartphone con
la aplicación Prevoice, una
persona con la capacidad de leer y
pronunciar las funciones
establecidas
Para esta prueba se requiere de un
medidor de ruido para lo cual se usó
un smartphone con la aplicación
medidor de sonido, otro smartphone con la aplicación
Prevoice, una persona con la
capacidad de leer y pronunciar las
funciones establecidas
Para esta prueba se requiere de un
medidor de ruido para lo cual se usó
un smartphone con la aplicación
medidor de sonido, otro smartphone con
la aplicación Prevoice, una
persona con la capacidad de leer y
pronunciar las funciones
establecidas
Fecha 15/10/2019 15/10/2019 15/10/2019
Área Funcional / Sub proceso
Apagar Encender Abrir
Funcionalidad / Característica
Reconocimiento de voz
Reconocimiento de voz
Reconocimiento de voz
84
Datos / Acciones de
Entrada
Pronunciar: Luz cocina, Luz baño,
Luz habitación
Pronunciar: Luz cocina, Luz baño,
Luz habitación
Pronunciar: Puerta entrada, puerta
baño, puerta habitación, ventana
Resultado Esperado
Ejecutar la función Ejecutar la función Ejecutar la función
Entornos del Plan de
Pruebas de Software.
Ruido <60dB Ruido <60dB Ruido <60dB
Procedimientos especiales requeridos
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Dependencias con otros casos
de Prueba No aplica No aplica No aplica
Resultado Obtenido
Se ejecuta la acción Se ejecuta la acción Se ejecuta la acción
Estado Finalizado Finalizado Finalizado
Última Fecha de Estado
05/11/2019 05/11/2019 05/11/2019
85
Observaciones
Con un ruido mayor a 60dB el
reconocimiento de voz de Android no
reconoce la voz de la persona con
discapacidad motriz por lo que no hay conexión con los
servidores de Google assistant y no se ejecuta la acción
establecida
Con un ruido mayor a 60dB el
reconocimiento de voz de Android no reconoce la voz de
la persona con discapacidad motriz
por lo que no hay conexión con los
servidores de Google assistant y
no se ejecuta la acción establecida
Con un ruido mayor a 60dB el
reconocimiento de voz de Android no
reconoce la voz de la persona con
discapacidad motriz por lo que no hay conexión con los
servidores de Google assistant y no se ejecuta la acción
establecida
Id CA1 ACA1 EAI1
Caso de Prueba Cerrar accesos Abrir/cerrar
accesos Encender/apagar
iluminarias
Descripción
Para esta prueba se requiere de un
medidor de ruido para lo cual se usó
un smartphone con la aplicación
medidor de sonido, otro smartphone con
la aplicación Prevoice, una
persona con la capacidad de leer y
pronunciar las funciones
establecidas
Para esta prueba se requiere de un
smartphone Android que tenga
la aplicación prevoice, y una
persona con motricidad fina
Para esta prueba se requiere de un
smartphone android que tenga la
aplicación prevoice, y una persona con
motricidad fina
Fecha 15/10/2019 15/10/2019 15/10/2019
Área Funcional / Sub proceso
Cerrar Abrir/Cerrar Encender/apagar
Funcionalidad / Característica
Reconocimiento de voz
sistema de respaldo sistema de respaldo
86
Datos / Acciones de
Entrada
Pronunciar: Puerta entrada, puerta
baño, puerta habitación, ventana
Oprimir: Abrir y cerrar (Puerta baño, Puerta baño, Puerta habitación, ventana)
Oprimir: Encender y apagar (Luz cocina,
luz baño, luz habitación)
Resultado Esperado
Ejecutar la función Ejecutar la función Ejecutar la función
Entornos del Plan de
Pruebas de Software.
Ruido <60dB Sin conexión a
internet Sin conexión a
internet
Procedimientos especiales requeridos
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Estar dentro de la misma red local del
controlador y servidor http ESP32
SoC
Dependencias con otros casos
de Prueba No aplica No aplica No aplica
Resultado Obtenido
Se ejecuta la acción Se ejecuta la acción Se ejecuta la acción
Estado Finalizado Finalizado Finalizado
Última Fecha de Estado
05/11/2019 05/11/2019 05/11/2019
Observaciones
Con un ruido mayor a 60dB el
reconocimiento de voz de Android no
reconoce la voz de la persona con
discapacidad motriz por lo que no hay conexión con los
servidores de Google assistant y no se ejecuta la acción
establecida
Sin conexión a Internet el sistema
de respaldo funciona
correctamente permitiendo tener
control de los diferentes objetos en tiempo real y
sirviendo como un módulo que garantice la
tolerancia a falla
Sin conexión a Internet el sistema
de respaldo funciona correctamente
permitiendo tener control de los
diferentes objetos en tiempo real y
sirviendo como un módulo que garantice la
tolerancia a falla
87
Anexo B. Evaluación de usabilidad (SUS)
88
Anexo C. Manual de usuario
89
Anexo D. Cartilla
90
Anexo E. Documentación de Software
