Diseño y construcción de una prótesis de mano actuada por aleaciones con memoria de forma (SMA)

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de tesis se propone el diseño de una prótesis de mano actuada por materiales con aleaciones con memoria de forma (SMA), se presenta el diseño e implementación de un actuador en forma de resorte. El material implementado en los actuadores es Nitinol, comercialmente conocido como Flexinol®. Los actuadores a base de Nitinol imitan el comportamiento de los músculos humanos, pues al calentarse se contraen, debido al efecto de memoria de forma, y regresan a su forma al enfriarse. La contracción de los actuadores se logra a través de una corriente eléctrica aplicada. Para validar el sistema de actuación de estos materiales, se implementa un sistema de tendones de hilos de nylon con un sistema de actuadores en forma de resorte SMA. Para la implementación de este sistema se estudian las características del actuador y las necesidades de la prótesis, por el cual se implementa un sistema agonista-antagonista variable con doble resorte con la finalidad de ejecutar el accionamiento de los actuadores y generar movimientos de flexión y extensión Finalmente, a partir de los movimientos de flexión se reproduce un agarre para diferentes objetos y pesos. De esta manera se propone un diseño antropométrico de la prótesis de mano, razón por la que se implementan estos actuadores SMA, por sus características que no son ruidosos y su accionamiento se realiza en milisegundos, como se muestra en las pruebas realizadas en tareas de movimiento del mecanismo protésico. ABSTRACT: In this thesis work, the design of a hand prosthesis operated by materials with shape memory alloys (SMA) is proposed, the design and implementation of a spring-shaped actuator is presented. The material implemented in the actuators is Nitinol, commercially known as Flexinol®.Nitinol-based actuators mimic the behavior of human muscles, because when their temperature increase to a programmed value, they change their from to a preset one, and they return to a "regular" shape when cooled.The contraction of the actuators is achieved through the application of electric current.. To validate the system of action of these materials, a system of tendons of nylon threads with a system of actuators in the form of SMA spring is implemented. For the implementation of this system, the characteristics of the actuatorsand the mechanical features of the prosthesis are studied, whereby a variable agonist-antagonist system with double spring is implemented in order to implementthe actuator motionand generate flexion and extension movements. Finally, from the bending movements, it is reproduced a grip for different objects and weights. In this way, an anthropometric design of the hand prosthesis is proposed, the implementation tests of the SMA actuators showed appropriate movements, with a movement response within milliseconds in trajectory tracking tasks.