Prin ipales ara terísti as del servomotor T ower Pro SG90

pruebasexperimentalesmuestran quelarespuestamínimaapre iabledelservomotor seprodu e

on unavaria ión depulso de 0,1ms, girando unángulo de

7,5

◦

.

4.2. Diseño me áni o

Una vez estable idas las ondi iones ini ialesdadas en la se ión4.1, ha de idearsetoda la

me áni aque umplalosrequisitosplanteadosypropor ionelalibertaddemovimientosdeseada.

Lassolu ionesme áni as implementadas eneste proye to paralos movimientosde las distintas

arti ula iones semuestran a ontinua ión.

4.2.1. Arti ula ión MP

Como se expuso en el apítulo 3, el diseño de las arti ula iones MP es espe ialmente om-

pli ado, pues deben posibilitar movimientos en dosejes desde un mismo punto. Lassolu iones

válidas para el propósito de bajo oste de este proye to, pues utilizan engranajes ostosos y

de difí il ontrol. La solu ión ideada en este desarrollo onsiste en separar los a tuadores que

ontrolanlosmovimientosenambosejes,simpli andoasílame áni a.Deestaforma,sepuede

generar elmovimiento enlos dosejes desdediferentespuntos, yapli arlos sobrela arti ula ión

MP. El servomotor que propor iona el movimiento de exión/extensión al dedo, se sitúa en

el interior de la arti ula ión MP omuni ando dire tamente su movimiento a las piezas, omo

puede observarse en las Figuras4.3(a) y4.3(b). Este servomotor,además, se sujetaa la palma

mediantedostornillosquellevapegadosformandouneje perpendi ularasuejederota ión,que

permitiráelmovimiento deabdu ión/adu ióndel onjunto.Laabdu ión/adu ión,es reada

porunsegundoservomotorsituado enlapalmaqueatravésdeunavarilladea ero, trasladasu

rota iónaldedo, omopuede observarse enlas Figuras4.4(a) y4.4(b).

(a)Extensióndearti ula iónMP (b)Flexióndearti ula iónMP

Figura 4.3:Flexión/extensión de laarti ula ión MP

(a)Abdu ióndearti ula iónMP (b)Adu ióndearti ula iónMP

4.2.2. Arti ula ión PIP

El movimiento de exión/extensión de laarti ula ión PIP serealiza por apli a ión dire ta

dela tuadorsobrelaspiezas delafalangemedia.El servomotorsesitúaen elinteriordelapro-

piaarti ula iónPIP,uniendolaspiezas delafalangeproximalymedia.Comopuede observarse

en la Figura 4.5, las piezas de la falange proximal en ajan a presión sobre el en apsulado del

servomotor,sosteniéndoloasuvez.Laspiezasdelafalangemedia seunenalejea tivorotatorio

del servomotor y al eje pasivo reado en la ara opuesta, generando así dire tamente el movi-

miento deexión/extensiónsobre estapartedeldedo.En lasFigurasC.5 yC.5 delanexo C,se

pueden observar mejor lossistemasde suje ión omentados.

Figura4.5: Flexióndela arti ula iónPIP

4.2.3. Arti ula ión DIP

Como se ha indi ado en la se ión 4.1de este apítulo, el movimiento de exión/extensión

de lafalangedistal essolidarioalde lafalange PIP.

Parapoder solidarizar ambosmovimientos, seha reado unasolu ión de bajo oste basada

en unme anismode biela-manivela 2

.Esteme anismo, omopuede observarseen laFigura4.6,

onsta de una varilla de a ero on dos pequeñas arti ula iones on rótula de a ero en sus ex-

tremos. Uno delos extremossesitúa joen laarti ula ión PIP,mientras queelotrosean la a

la parte baja de la falange distal ha iendo que uando la falange media gira, ladistal lo haga

también.

En la Figura4.7, se muestra un esquema de los movimientos de este me anismo, utilizado

para omprobar que la solu ión presentada es viable. En di ho esquema se puede observar la

ir unferen iaquegeneralavarillaalrotarsobresuan lajeenlafalangeproximalpora ióndel

2

Másinforma iónsobreesteme anismo puedeen ontrarseenlasiguientedire iónweb:http:// on urso.

(a)Flexióndelaarti ula ión DIP (b)Extensióndelaarti ula iónDIP

Figura4.6: Me anismoparaelmovimiento delaarti ula ión DIP

movimiento de lafalange media. Di ha ir unferen iarepresenta los puntospor los que pasará

elextremo de lavarilla an lado en lafalange distal, el ualprovo a el movimiento solidario de

laarti ula iónDIP onlaPIP.Gra ias adi hoestudiográ o, sepudo orregiralgunos errores

de diseño, pues la solu ión no es orre ta si la distan ia de los ejes de las arti ula iones a los

an lajesde la varillano es lamisma en ambosextremos (razón por la uál en lafalange distal

elan laje seha een unsaliente delapieza).

4.3. Prototipo ini ial

Tras plantear las solu iones me áni as des ritas, se pasa a la fase de diseño estru tural y

desarrollo. Primero ha de rearseun prototipo ini ial que demuestre laviabilidad del proye to

y sirva de toma de onta to on todoslos elementos que habrá que manejar. Se omenzó por

onstruir un prototipo de dedo, pues es una estru tura modular ompleta que puede realizar

todos los movimientos ne esarios. Además, es una estru tura que puede repli arse a distinta

es alapara omponerelresto dela mano.

Primero, se ha reado el diseño en 3D que puede observarse en la Figura 4.8, en el que

se han utilizado medidas reales de los servomotores y las piezas a utilizar. Basándose en este

diseño,sehan talladolaspiezas ne esariasyseha onstruido elprototipoque semuestra enla

Figura 4.9. Para ontrolar los movimientos de este dedo prototipo, se ha utilizado un ir uito

impresobasadoenunmi ro ontroladorATMega16,paraelquesediseñóunprogramamodular

apazde ontrolardiversosservos,que sirviódebase alprogramanal.

Figura4.8: Diseñoen 3Ddelprototipo deun dedo de lamanome áni a

Figura4.9:Prototipo onstruido de undedo de lamanome áni a

4.4. Diseño nal

Con el prototipo ini ial sepudo demostrar queel fun ionamiento me áni o onjunto de las

omponentesme áni os, sepro edió arealizareldiseño nal.Lassiguientes se ionesmuestran

lospasos seguidos.

4.4.1. Esquema inemáti o

Para afrontar un proye to me áni o que ontiene partes móviles, hay que denir desde un

prin ipio los distintos movimientos que se van a poder realizar. La forma de visualizar di hos

movimientos, así omo su punto de apli a ión, es a través de un esquema inemáti o. Para el

desarrollo de lamano me áni a que sepresenta, los movimientos ne esariosse han denido en

la se ión 4.1 y el esquema inemáti o derivado se puede observar en la Figura 4.10. En este

esquema, los distintos ilindros representan ejes en los que se realizan movimientos, ya sean

a tivos o pasivos. No representan los DoF existentes, pues omo se indi ó en la se ión3.1, en

este proye to se aso ia DoF sólo a movimientos a tivos. En el esquema, los ilindros simples

representan elmovimiento de exión/extensión de las arti ula iones, mientras quelos ilintros

queformanuna ruz,indi an movimientosen dosejes(exión/extensión yabdu ión/adu ión

que realizan las arti ula iones MP). Por otro lado, puede observarse omo la arti ula ión MP

delpulgarsehadividido endos ilindrossimples,loquesigni aqueelpunto de apli a ióndel

movimiento no eselmismo. Estoha sido diseñado asípara evitar hoques onla estru tura de

lapalma uando selleve elpulgar ha iael entro deésta.

4.4.2. Diseño nal en 3D

Aligualque onelprototipoini ial,pararealizareldiseñonaldelamanome áni a,primero

seha reado un modelo en 3D del onjunto, que puede observarse en laFigura 4.11. El diseño

hasido realizadomodularmente, reandoprimerolos dedosdeformaindependienteapartirdel

prototipo. Por otro lado se ha desarrollado el modelo del pulgar y la palma, y, nalmente, se

ha ensamblado todo el onjunto. Este diseño en 3D propor iona una visión global de lo que

será el desarrolloa realizar, permitiendo omprobar que laestru tura puede eje utar todos los

movimientos ne esariossin olisiones deningún tipo.

Figura4.11: Modeloen 3Dde lamanome áni a

Como puede observarse en el modelo 3D de la Figura 4.11, el an ho de los servomotores

es un importantefa tor quelimita el tamaño de la mano me áni a ha iendo que ésta sea más

grandeque una manohumana. El modelode servomotores utilizado, pesea ser unode los más

pequeñosqueofre e elmer ado,tiene una altura de27 mm,por loqueelgrosor mínimo de un

dedo,sumandolosgrosoresdelaspiezas queloforman,seráde 3 m.Estegrosor ondi ionalas

dimensiones de lamano, ya quehabrá que rear dedosmás largospara mantener lapropor io-

nalidad onlamanohumana.Lasteoríasdelaspropor ionesnaturalesdelosdedoshumanos,se

mostraronenelapartado2.1.6,enelqueseobtuvo unmodelomatemáti obasadoen elnúmero

áureo omo onstante de propor ionalidad paraobtener las longitudes de las falanges. Sin em-

bargo, teniendo en uenta quesedeben rearlos dedos on una longitudmayor que lanatural,

se ha de modi ado di ha onstante. El nuevo modelo matemáti o reado para el desarrollo,

utliza omo razón entre falanges onse utivas el valor

0,66

. Por tanto, ahora la e ua ión para obtener eltamaño naldeldedo es:

y = x •

2

X

n=0

0,66n

Queresuelta queda:

Donde

y

es la longitud del dedo, y

x

el tamaño de la falange proximal. Con esta e ua ión se obtiene un dedo un 5%más largo que utilizando el modelo matemáti o anatómi o presentado

on anterioridad. Además,alos dedosselesha añadidountamaño extraenlapunta,asignado

a lo que seríala yema, por lo que de forma global, seobtienen unasrela iones longitud-grosor

másnaturales.EnlaTabla4.2,sepuedenobservarlaslongitudesnales delosmeta arposylas

falanges, la longitud total del dedo apli ando el nuevo modelo matemáti o, yla longitud nal

tras introdu ir eltamaño extraquerepresenta layema, todasellasen milímetros.

Dedo Meta arpo F.Proximal F.Media F.Distal Longitud teóri a Longitud nal

Índi e 91 60 39 26 125 131

Corazón 112 74 47 33 156 164

Anular 101 67 44 29 140 147

Meñique 82 54 35.5 23.5 113 119

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