Diseño de una articulación protésica basada en robótica paralela que emule los movimientos de la articulación del hombro

Abstract

En el presente trabajo se realizó el diseño conceptual de una articulación protésica de hombro basada en robótica paralela, empleando la metodología VDI. En base a las diferentes alternativas de solución planteadas se escogió hacer uso de pistones hidráulicos telescópicos como actuadores del mecanismo paralelo. Se planteó utilizar un sistema electromecánico para accionar los actuadores del mecanismo. Cada actuador estará impulsado por un motor Brushless y un mecanismo escalamiento de la relación de transmisión. Se hará uso de un controlador PID para cada actuador, donde las señales de realimentación serán dadas por un sensor de luz infrarroja, para detectar la longitud de cada actuador; y un sensor de corriente para cada motor. Este sistema electromecánico posee un rápido tiempo de respuesta con un tiempo de respuesta menor a 1s considerando el error en estado estable de 1mm. El objetivo de este diseño es brindar una alternativa de desarrollo de prótesis diferente a los modelos de dinámica seriales que dominan el campo. Se establecieron los requerimientos de diseño en base parámetros como ergonomía, costo, velocidad angular, capacidad de carga, peso, alimentación, autonomía, fabricación, rango de movimiento, materiales y montaje. Además, se construyó un modelo matemático utilizando el software de MATLAB y matrices de transformación homogénea. Este modelo matemático se desarrolla en base a la cinemática inversa del mecanismo. Sobre este modelo se simularon trayectorias que emulan movimientos de la articulación del hombro. En base al análisis antropométrico y cinemático de dicha articulación se buscó una configuración geométrica que optimice el rango de movimiento de la articulación protésica. El rango de movimiento alcanzado por la articulación protésica es un 70% del rango de movimiento del hombro biológico. Adicionalmente, se plantearon condiciones preliminares de diseño y se realizaron modelos CAD del mecanismo paralelo. Finalmente se elaboraron planos mecánicos y electrónicos para su posible implementación. El costo total, tomando en cuenta los costos de fabricación y diseño se estiman en S/. 35,400. En este trabajo se concluye que el uso de los mecanismos paralelos en el desarrollo de prótesis es una alternativa para incrementar el desempeño de las mismas.