Desarrollo de un prototipo de sistema muscular artificial basado en robótica suave para movimiento de flexión y extensión de falanges que actúan en el agarre palmar

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Título : Desarrollo de un prototipo de sistema muscular artificial basado en robótica suave para movimiento de flexión y extensión de falanges que actúan en el agarre palmar
Autor : Camino Barahona, Roberto Isaac
Intriago Vera, Jesús José
Director de Tesis: Cortez Saravia, David Mateo
Resumen traducido: The present thesis work focuses on the development of a prototype for an artificial muscle system based on soft robotics, designed to enable flexion and extension movements of the phalanges involved in palmar grip. The objective is to demonstrate the gripping functionality of a prosthetic system that has been scarcely explored and that integrates technologies such as 3D printing and low-cost materials. The prototype operates using positive pressure, which is applied to two artificial muscles. Due to their composition, these muscles expand in diameter and consequently contract, generating force. This force is harnessed to facilitate the flexion movement of the hand's phalanges. The prototype demonstrates that the pressure exerted during testing is directly proportional to the force produced by the artificial muscles and inversely proportional to their contraction. Additionally, the design successfully replicates the natural flexion and extension movements of the palmar phalanges, enabling the grip of specific objects detailed in this work. The integration of a solenoid valve and a control system allowed for voluntary opening and closing of the airflow, directing compressed air to the artificial muscles. Simulations were conducted to analyze the Von Mises stress and the material displacement of the 3D-printed components. The results were favorable, concluding that none of the forearm parts reached the yield limit, ensuring that the components are not at risk of deformation. Similarly, the displacement in the parts was minimal, reducing the risk of structural failure.
Resumen : El presente trabajo de tesis se trata del desarrollo de un prototipo de sistema muscular artificial basado en robótica suave para movimiento de flexión y extensión de falanges que actúan en el agarre palmar, con el fin de demostrar el funcionamiento de agarre de un sistema de prótesis poco explorado y que implementa el uso de tecnologías como la impresión 3D y materiales de bajo costo. El prototipo funciona con presión positiva, esta es recibida por dos músculos artificiales que por su composición aumenta su diámetro y por ello se contrae, lo que se traduce a una fuerza. Esta fuerza es la que se aprovecha para el movimiento de flexión de las falanges de la mano. El prototipo demuestra que la presión ejercida durante las pruebas es directamente proporcional a la fuerza realizada por los músculos artificiales e inversamente proporcional a la contracción que estas realizan. Por otro lado, efectivamente el diseño fue capaz de replicar el movimiento natural de flexión y extensión palmar de las falanges, consiguiendo el agarre de ciertos objetos detallados en este trabajo. El acoplamiento de la válvula solenoide y un sistema de control para el mismo, permitió abrir y cerrar el paso del flujo de aire de manera automática, enviando el aire del compresor a los músculos artificiales, logrando la extensión y contracción de los músculos artificiales. Se realizaron simulaciones para obtener la tensión de Von Mises y el desplazamiento del material con el que fueron impresas las piezas en 3d, dando resultados favorables, concluyendo que ninguna de las partes del antebrazo llega al límite de afluencia así que las piezas no están en riesgo de deformación. De igual manera el desplazamiento en las piezas no es significativo lo que reduce el riesgo de sufrir una falla estructural.
Palabras clave : IMPRESIÓN 3D
MÚSCULOS ARTIFICIALES NEUMÁTICOS
DISEÑO 3D
ROBÓTICA SUAVE
PRÓTESIS
PAM
Fecha de publicación : 2025
URI : http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/29922
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Grado

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