MECANISMO DE ACCIONAMIENTO

En este apartado se va a reflejar la etapa de diseño de un mecanismo que tire de los cables para conseguir el doblado.

En primer lugar se advierte a través de lo expuesto en el apartado 3. Cálculos, y que se confirma en las pruebas realizadas en el apartado 4.4 Implementación del cableado, que, en una pareja de cables diametralmente opuestos, la longitud de cable que se extrae es la misma que la misma que se introduce en del cable opuesto, para llegar a una posición doblada a partir de una posición recta

Figura 4.20: Relación extracción e introducción de cable

Esta relación entre la extracción y la introducción del cable puede ser explotada con a partir de un sistema que aproveche esta compatibilidad para simplificar el diseño y facilitar y mejorar el manejo del robot. En base a esta premisa, se busca un sistema innovador que permita el accionamiento de dos cables para el movimiento en el plano a partir de un solo elemento accionador.

En un primer momento se piensa en un mecanismo de tornillo-tuerca, pero no se llega a ninguna solución factible. Esta idea lleva a pensar en un mecanismo de sinfín- corona. Se propone una solución en la que un solo tornillo sinfín engrana con dos coronas dentadas, cada una situada a un lado del tornillo. Por la forma en que se engranan las coronas con el tornillo, al girar éste en un sentido una de las coronas girará en sentido horario respecto de su eje y la otra girará en sentido antihorario. Si el tornillo se gira en sentido opuesto, la corona que antes giraba en sentido horario lo hará en sentido antihorario y la que giraba en sentido antihorario lo hará en sentido horario. En una de las coronas se enrollan algunas vueltas de un cable y en la otra se enrollan las mismas vueltas del cable opuesto. De esta manera, al girar el tornillo, las coronas girarán como se ha explicado, por lo que mientras que una de ellas enrollará una cantidad de cable tirando de él (extrayéndolo), la otra desenrollará exactamente la misma cantidad de cable soltándolo (introduciéndolo). De este modo, se consigue el accionamiento de los dos cables a través de un solo accionador.

Modelado del mecanismo Diseño, control y prototipado de un robot poliarticulado

Guillermo Delbergue Chico 78 ETSI Industriales (UPM)

Figura 4.21: Mecanismo sinfín-corona

El principal inconveniente del sistema sinfín corona es la complejidad y el gran tamaño de las piezas que lo conforman.

Se busca un sistema más simple que proporcione la misma solución. Se propone suprimir por completo las coronas. En este sistema se tiene un eje liso con dos espacios para enrollar los cables. En estos espacios los cables se enrollan en sentidos contrarios, es decir, si en un espacio el cable se enrolla en sentido horario, en el otro espacio el cable opuesto se enrolla en sentido antihorario. De esta manera, al girar el tornillo, mientras que cable se enrollará una cantidad determinada al eje que tirará de él (extrayéndolo), el otro cable otra desenrollará exactamente la misma cantidad soltándose del eje (introduciéndose). De este modo, se consigue el accionamiento de los dos cables a través de un solo accionador.

Diseño, control y prototipado de un robot poliarticulado Modelado del mecanismo

ETSI Industriales (UPM) 79 Guillermo Delbergue Chico

Gracias al ingenio del enrollado en sentidos opuestos se obtiene un sistema extremadamente sencillo formado por una sola pieza que se limita a un eje con dos resaltes. La fabricación de dicha pieza (ya sea con impresora digital o por otro medio) no supone ningún problema.

A continuación, se valora si es posible introducir este sistema en el interior del catéter o si sería necesario implementarlo en el exterior de éste. La forma de introducirlo en el interior de las rótulas se representa en la Figura 4.22. En la rótula más alejada del extremo del catéter donde se anclan los cables, se acopla un anillo en que va alojado un disco con libertad de giro. En el disco, por la parte de la rótula, está adherido el eje con los cables enrollados en sentidos contrarios que ya se ha descrito. Cuando gire el disco, girará solidariamente el eje, enrollando y desenrollando los cables. Para hacer girar el disco se empotra en éste, por la cara opuesta a donde está el eje, un cable grueso con la mayor rigidez a torsión posible. Este cable grueso se lleva a través del tubo que conforma el catéter hasta el exterior donde se sitúa el accionador que lo hará girar. El giro que proporciona el accionador se trasmite a través del cable grueso hasta el disco.

Figura 4.23: Introducción del mecanismo de enrollado en sentidos opuestos en el interior de las rotulas

El problema de introducir el sistema en el interior del catéter es que la torsión a la que somete el cable grueso es excesiva y no se puede controlar de manera precisa el giro en el extremo que está empotrado en el disco a partir del giro en el otro extremo. Se decide, por tanto, situar el mecanismo en el exterior del catéter. Dado que el sistema se va a construir en el exterior del catéter se va colocar el eje de manera que la llegada de los cables para enrollarse en este se haga de manera más natural, como se muestra en la Figura 4.23

Modelado del mecanismo Diseño, control y prototipado de un robot poliarticulado

Guillermo Delbergue Chico 80 ETSI Industriales (UPM)

Figura 4.24: Colocación del eje en el exterior del catéter

La desventaja que presenta la colocación del sistema en el exterior del catéter es que al accionar los cables se va a tirar, en cierto modo, hacia el exterior del paciente de la punta del catéter. Este esfuerzo se considera asumible y se contrarrestará con el empuje del catéter en la dirección de avance. Otro hecho que aparentemente podría parecer un problema es la posibilidad de que los cables se enrollen o entrecrucen. Esto carece de importancia si los cables se guían correctamente.

Diseño, control y prototipado de un robot poliarticulado Modelado del mecanismo

ETSI Industriales (UPM) 81 Guillermo Delbergue Chico