Brazo robot

Mano Robótica para prótesis

SIMEC SRL

Simec - Italia - Chile - Argentina

1

CONTENIDO Pág.

Lista de Tablas Lista de figuras Lista de anexos Capítulo I. Introducción 1.1 Planteamiento del problema 1.2 objetivos del proyecto simec 1.3 organización del proyecto Capítulo II. Fisiología y biomecánica de la mano humana 2.1 La mano humana 2.2 Músculos y tendones 2.3 Sistema sensorial2.3.1 Mecanorreceptores 2.3.2 Termorreceptores 2.3.3 Proprioceptores 2.3.4 Nociceptores 2.4 Amputación de miembro superior 2.5 Sustitución funcional de la mano Capítulo III. Prótesis y manos robóticas 3.1Clasificacion de las prótesis 2 3.1.1 Prótesis estéticas 24 3.1.2 Prótesis Funcionales 25 3.1.2.1 Prótesis mecánicas 25 3.1.2.2 Prótesis Eléctricas 26 3.1.2.3 Prótesis Neumáticas 26 3.1.2.4 Prótesismioeléctricas 27 3.1.2.5 Protesis hibridas 27 3.2 Prótesis activas de miembro superior y manos robóticas 3.2.1 Manos robóticas 29 3.2.1.1 Mano NTU 29 3.2.1.2 Mano Stanford/JPL 30 3.2.1.3 Mano Utah/MIT 30 3.2.1.4 Mano DLR 30 3.2.1.5 Mano Robonaut 31 3.2.1.6 Mano Ultraleve 31 3.2.1.7 Mano Marcus 32 13 16 17 17 19 20 21 21 22

11 11 12 12 13

24 4

28

Simec - Italia - Chile - Argentina

23.2.1.8 Mano Belgrade/UCS 3.2.2 Prótesis de mano 3.2.2.1 La mano biónica CyberHand 3.2.2.2 Prótesis I-LIMB 3.2.2.3 Prótesis Michelangelo

32 33 33 33 34 35 35 35

Capítulo IV Materiales, mecanismos, actuadores y sensores 4.1 Materiales 4.1.1 aleaciones 4.1.2 Plásticos 4.1.3 Resinas 4.1.4 Látex 4.1.5 PVC rígido 4.1.6 Silicona 4.2 Mecanismos 4.2.1 Mecanismo de barras 4.2.2 Mecanismo con motoren cada juntura 4.2.3 Transmisión por poleas 4.3 Actuadores 4.3.1 Actuadores convencionales 4.3.2 Actuadores no convencionales 4.4 Sensores 4.4.1 Sensores de posición 4.4.1.1 Sensores de efecto Hall 4.4.1.2 Sensores ópticos 4.4.1.3 Acelerómetros 4.4.2 sensores de fuerza 4.4.2.1 Sensor de fuerza resistivo (FSR) 4.4.2.2 Galgas extensiometricas 4.5 Discusión 35 36 37 37 37 38 39 40 41 41 42 42 44 4445 45 46 46 47

38

47 48

Capitulo V Modelo geométrico y dinámico de la mano 5.1 Modelo Geométrico 5.2 Modelo Dinámico 48 50

Capítulo VI Diseño mecánico y construcción del prototipo de mano robótica 6.1 Diseño de la mano 56 6.2 Proceso de fabricación del prototipo de mano robótica. Capítulo VII Interfaz hardware/software 7.1 Caracterización sensores 7.1.1 Sensor de posición 69 69

5665 69

Simec - Italia - Chile - Argentina

3

7.1.2 Sensor de fuerza 7.2 Actuadores 7.3 Interfaz Hardware 7.4 Interfaz Software Capítulo VIII Conclusiones y trabajo futuro 8.1 conclusiones 8.2 Trabajo futuro Referencias Anexos

71 72 7

73 6 79

79

79 81 86

Simec - Italia - Chile - Argentina

4

LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Articulaciones y límites de la mano humana Tabla2. Revisión de manos antropomórficas Tabla 3. Sensores biológicos y artificiales 4 Tabla 4. Parámetros geométricos de la mano Tabla 5. Parámetros dinámicos de base 53 Tabla 6. Medidas del dedo índice 56 Tabla 7. Parámetros geométricos del dedo 57 Tabla 8 Datos técnicos del prototipo de prótesis de mano Tabla 9. Costos materiales prototipo dedo antropomorfo Tabla 10. Pines de I/O de sensores yactuadores Tabla 11. Ángulos para las diferentes posturas de agarre 15 29 3

50

62 68 75 78

Simec - Italia - Chile - Argentina

5

LISTA DE FIGURAS Pag. Figura 1. Estructura ósea de la mano 13 Figura 2. Movimientos del dedo pulgar, (a) abducción, (b) aducción, (c) oposición y (d) reposición Figura 3. Falanges y articulaciones del dedo índice Figura 4. Agarres prensiles humanos. (A)Cilíndrico, (B) de punta, (C) de gancho, (D) palmar, (E) esférico, (F) lateral 1 Figura 5. Tendones y músculos del dedo índice 16 Figura 6. Receptores sensoriales somáticos de la piel Figura 7. Comparación entre la distribución, el campo receptivo y el estimulo de la respuesta de los diferentes mecanorreceptores Figura 8. Respuesta de los termorreceptores 2 Figura 9. Niveles de amputación Figura 10....