Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Dedo robótico

Segunda versión: Dedo robótico, como auxiliar en tareas de rehabilitación.


Archivo: Robótica

Dr. Marco Antonio Oliver Salazar / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET)

Una línea de investigación del posgrado en ingeniería mecatrónica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) es la robótica. En esta área se desarrollan proyectos de investigación aplicada relacionados con el diseño de robots que reproduzcan los movimientos, características y funcionalidad de la mano humana pues es un órgano de particular interés debido a su versatilidad como una extremidad imprescindible para realizar diversas tareas cotidianas.
          La llamada mano cenidet (2006), fue uno de los primeros desarrollos consistente en una muñeca fija y 4 dedos que realizan movimientos de flexión-extensión y abducción-aducción. Otro de los proyectos desarrollados en el CENIDET en esta línea se relacionó con el estudio de los músculos neumáticos y su utilización para reproducir los movimientos de un dedo. El músculo neumático imita la funcionalidad de un músculo humano y consiste de una manguera flexible envuelta por una malla. Al aplicar aire a presión a uno de los extremos de la manguera, ésta se contrae aumentando su diámetro, simulando la contracción de un músculo biológico y produciendo una fuerza de tracción en el otro extremo. Cuando se libera el aire del interior del músculo, éste se relaja y regresa y a su posición inicial tal y como sucede con el músculo biológico. La contracción total que alcanza un músculo neumático es de un 20 a un 25 % de su longitud nominal (sin carga). La primera versión del dedo robótico accionado por músculos neumáticos desarrollado en el CENIDET permitió un acercamiento con la problemática involucrada en aspectos teóricos (modelado matemático, solución a su cinemática inversa, etc.) como prácticos (acoplamientos en movimientos entre falanges, fricción, etc.). Por ello, la primera versión se limitó al diseño de un dedo accionado por pares músculo-resorte, además de usar una malla metálica para envolver cada músculo (con la consecuente fricción malla-manguera) y dos mecanismos independientes de rotación para lograr los movimientos de aducción-abducción y flexión-extensión en la falange proximal (2007).
          En este artículo se presentan los resultados del diseño y construcción de una segunda versión del dedo robótico accionado por músculos neumáticos buscando una mayor similitud con la forma y función de un dedo humano. En cuanto a los músculos neumáticos se eligió una manguera de silicón, una malla elástica de Polietileno Tereftalato (PET) y conectores comerciales en sus extremos. Esto permitió aumentar su ciclo de vida útil de 100 mil (primera versión) a 260 mil bajo las mismas condiciones de operación. También se desarrolló una metodología que toma alrededor de 5 minutos para la fabricación de cada músculo neumático. Se caracterizó el comportamiento de los músculos fijando presiones de operación de 1, 2, 3 y 4 bars. Para cada presión se agregaron diferentes cargas en el extremo del músculo y se observaron los diferentes porcentajes de contracción respecto a su longitud. Se usaron músculos de 60, 100 y 140 mm de longitud. Las curvas obtenidas se muestran en la gráfica. La relevancia de esta información radica en que es posible fabricar músculos “a la medida” a partir de las especificaciones de operación en términos de fuerza, % de contracción, presión de trabajo y longitud requeridas. A partir del modelo cinemático inverso se desarrolló un método que minimiza los movimientos que cada articulación del dedo debe realizar para alcanzar una posición deseada a partir de una posición inicial. Mecánicamente se usaron rodamientos en cada uno de los ejes de movimiento articular, reduciendo así la fricción. Se desarrolló un mecanismo de rótula en la articulación proximal para obtener así de forma simultánea los movimientos de flexión-extensión y aducción-abducción en lugar de los dos mecanismos independientes de rotación que se usaron en la primera versión. Este mecanismo de rótula es más semejante al tipo de articulación que existe en un dedo humano. En esta nueva versión se usaron pares músculo-músculo (en lugar de pares músculo-resorte de la primera versión) trabajando en antagonismo para asemejar los movimientos que ocurren en un dedo humano. Los sensores de posición de cada falange se colocaron de manera interna, logrando con esto una mayor similitud con el dedo humano. Se desarrolló un sistema electrónico de procesamiento y control que da portabilidad al dedo robótico. La interfaz desarrollada permite una fácil reprogramación de movimientos por parte del usuario.
           Con respecto a la potencial aplicación de este trabajo, se ha iniciado una relación de colaboración con el Centro de Rehabilitación Infantil de Cuernavaca (CRIC). Con ello se busca que este diseño pueda adaptarse y usarse como equipo de asistencia en terapias de rehabilitación de movimientos de dedos y mano en pacientes que las requieran. De esta forma el terapeuta podrá programar y reprogramar secuencias de movimientos para que el dedo robótico guíe los movimientos de dedos del paciente y guarde un historial de número de repeticiones, excursiones y tipos de movimientos, etc., que el paciente realiza en cada sesión. Esta información puede ayudar al médico a valorar el avance de recuperación del paciente.
          Los resultados obtenidos de esta investigación se han publicado y divulgado tanto en congresos nacionales (AMCA 2009) como Internacionales (CIINDET 2009). Además, este trabajo ha participado en las fases local, regional y nacional (nivel posgrado) en el XXIII Evento Nacional de Creatividad del Sistema Nacional de Educación Superior Tecnológica que organiza la Dirección General de Educación Superior Tecnológica (DGEST).

Este proyecto fue desarrollado por los alumnos Francisco Aguilar Acevedo y Román Ruiz González quienes han obtenido el grado de Maestros en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica, bajo la asesoría del Dr. Marco Antonio Oliver Salazar ( Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.) y el Dr. Dariusz Szwedowicz Wasik ( Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.), ambos profesores investigadores en el área de mecatrónica y mecánica, respectivamente, del CENIDET.

 

 

 

 


El Dr. Marco A. Oliver estudió ingeniería en Sistemas Eléctricos y Electrónicos en la Universidad Anáhuac, de Maestría en Control y Tecnología de la Información en el Centro de Sistemas de Control del Departamento de Ingeniería Eléctrica. UMIST, Manchester, Gran Bretaña y de Doctorado en Ingeniería de Control en el Depto. de Control Automático e Ingeniería de Sistemas de la Universidad de Sheffield, Gran Bretaña. Es Profesor-Investigador en los Departamentos de Mecatrónica y Electrónica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET).


El Dr. Dariusz Szwedowicz es profesor investigador del departamento de mecánica en el centro nacional de investigación y desarrollo tecnológico. Ha sido profesor de asignatura en el departamento de construcción de maquinas en la Universidad Politécnica de Gdansk, Polonia. Fue jefe del Departamento de Ingeniería Mecanica del CENIDET. Ha hecho una estancia como investigador en abb turbo systems, Suiza.