Diseño y validación bajo el marco Soft Robotic de un prototipo demostrador de una muñequera de rehabilitación elaborada con materiales blandos

Abstract

[ES] La robótica blanda, SOFT ROBOTIC en inglés, es un subcampo de la robótica que concierne al diseño, control y fabricación de robots compuestos de materiales compatibles, en lugar de enlaces rígidos. Bajo el prisma del SOFT ROBOTIC, en el presente Trabajo fin de Máster (TFM) se pretende diseñar y fabricar un prototipo de muñequera para ser usada en la rehabilitación del movimiento de esta articulación en personas con falta de movilidad. Para el desarrollo del proyecto, tras realizar un análisis del Estado del Arte con relación a los objetivos que se persiguen, el siguiente paso será la definición de los materiales a utilizar teniendo presente los diferentes procesos y parámetros de fabricación en impresión 3D. Dicho prototipo constara de una serie de actuadores neumáticos que se encargaran de realizar los movimientos de la articulación. Al mismo tiempo, en el diseño del prototipo se prevé estudiar la posibilidad de incorporar algunos tipos de sensores que ayuden al control de la fuerza. Así pues, la fase de diseño del prototipo es una etapa compleja, ya que son muchos los factores y restricciones a tener en cuenta, entre los que cabe destacar el problema de combinar la impresión 3D, en la que las piezas presentan por el método de fabricación una porosidad intrínseca, con la neumática, que precisa de vacío en las conducciones de aire para funcionar. En cualquier caso, por la gran versatilidad que proporciona la impresión 3D, siendo que además los productos se pueden adaptar a la perfección a las dimensiones de las personas que los van a utilizar, se considera primordial la utilización de las diferentes tecnologías de fabricación en impresión 3D, siendo uno de los objetivos del proyecto el comparar y definir completamente las técnicas y parámetros de fabricación más adecuados. Por otra parte, el abanico de los materiales comerciales disponibles para la impresión 3D es limitado, siendo que en el caso de que ninguno de los materiales habituales cumpla con las necesidades del prototipo, se estudiaran las posibilidades de emplear otros materiales o modificar los existentes, aditivándolos con el fin de mejorar sus prestaciones. Para finalizar se pretende realizar un prototipo funcional que sirva de demostrador para corroborar que se han alcanzado los objetivos propuestos. El presente TFM tiene un enfoque multidisciplinar siendo que en su realización se van a trabajar y desarrollar diferentes competencias del Máster de Materiales, entre las que cabe destacar las siguientes: TRANSVERSALES: Análisis y resolución de problemas: Analizar y resolver problemas de forma efectiva, identificando y definiendo los elementos significativos que los constituyen. Innovación, creatividad y emprendimiento: Innovar para responder satisfactoriamente y de forma original a las necesidades y demandas personales, organizativas y sociales con una actitud emprendedora. Diseño y proyecto: Diseñar, dirigir y evaluar una idea de manera eficaz hasta concretarla en un proyecto. Conocimiento de problemas contemporáneos: Identificar e interpretar los problemas contemporáneos en su campo de especialización, así como en otros campos del conocimiento. GENERALES Y ESPECIFICAS DEL TÍTULO: Capacidades para el diseño y la selección de la tecnología y procesos adecuados a las distintas actividades de fabricación, optimización de los recursos, procesos productivos y capacidad para el análisis tecnológico de procesos de fabricación. Capacidad para entender el conjunto de las estructuras que conforman el sistema músculo-esquelético humano además de comprender las relaciones geométricas, cinemáticas y dinámicas evaluando las propiedades mecánicas de elementos óseos.

[EN] SOFT ROBOTICS is a subfield of robotics that comprise the design, control and manufacture of robots composed of compatible material, rather than rigid bonds. Under the prism of soft robotic, in this Master’s degree Final Project (TFM) it is intended to design and manufacture a prototype of bun to be used in the rehabilitation of the movement of this joint in people with lack of mobility. For the development of the project, after carrying out an analysis of the State of the Art in relation to the objectives pursued, the next step will include the definition of the materials to be used considering the different processes and manufacturing parameters in 3D printing. This prototype will consist of a series of pneumatic actuators that will be loaded with the movements of the joint. At the same time, in the design of the prototype it is planned to study the possibility of incorporating some types of sensors that help the control of the force. Likewise, the phase of the design of the prototype is a complex stage, since there are many factors and constraints to have in counter, among which the problem of combining 3D printing, where the pieces present by the manufacturing method an intrinsic porosity, with the pneumatics, that requires the vacuum in the air pipes to work. In any case, due to the great versatility provided by 3D printing, being that sometimes the products that can be perfectly adapted to the dimensions of the people who will use it, the use of the different manufacturing technologies in 3D printing is considered paramount, it is considered one of the objectives of the project to compare and completely define the most appropriate manufacturing techniques and parameters. On the other hand, the possibilities of the commercial materials available for 3D printing is limited, being in the case that no one of the usual materials meets the needs of the prototype, the possibilities of using other material or modifying the existing ones will be studied, aditivándolos to improve its performance. To conclude, it is intended to make a functional prototype that serve as a demonstrator to confirm that the proposed objectives have been achieved.