Diseño de un actuador neumático para rehabilitación de mano humana. Proyecto PrExHand

Abstract

Dentro del marco del proyecto PrExHand, nombre que recibe un convenio de cooperación entre la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito y el University College London, se desarrolló ésta investigación orientada a diseñar y elaborar un prototipo de un actuador neumático bio-inspirado en el dedo índice de la mano, que emule funcionalmente su movimiento de flexión. El diseño de este actuador está orientado a la creación de exoesqueletos basados en robótica suave para contribuir al restablecimiento del bienestar de personas que sufren discapacidades como consecuencia de accidentes cerebro vasculares o amputaciones de sus extremidades superiores. Con tal propósito se implementó la siguiente metodología: (i) se estableció un modelo de diseño que concluyó en dos prototipos resultantes, (ii) se determinó y aplicó un procedimiento para la manufactura de los dos tipos de materiales implementados (elastómeros y textiles), (iii) se realizó una serie de pruebas preliminares para evaluar el desempeño y las propiedades mecánicas del actuador, a razón de analizar que repercusiones se tendrían según el prototipo; y por último (iv) se compararon los resultados frente al movimiento y la capacidad de fuerza en cada actuador. Como conclusión se determinó que el prototipo elaborado con elastómeros presenta resultados potenciales en relación a la capacidad de fuerza y orientación del movimiento, que son características adecuadas para ser aplicadas tanto en una prótesis, como en una órtesis de mano. Por otro lado, en cuanto a los actuadores textiles, fue posible concluir que cumplen con los requerimientos de desempeño que se buscaban al inicio de este trabajo. Se determinó también que este tipo de actuador seria idóneo en el desarrollo de dispositivos vestibles tales como los guantes de asistencia. Sin embargo, cabe resaltar que para las interfaces basadas en material textil se deben agregar soportes a través de módulos adicionales que aumenten la rigidez y el volumen, con el fin de desarrollar prótesis de asistencia más seguras e integrales para los usuarios. Si bien se concluyó que los actuadores funcionaban, se debe continuar el proyecto con tareas futuras que complementen esta investigación a partir de la validación de los prototipos para posteriormente ser aplicados en el exoesqueleto de mano PrExHand

Within the framework of the PrExHand project, name given to a cooperation agreement between the Colombian School of Engineering Julio Garavito and University College London, This research was developed aimed at designing and developing a prototype of an actuator bio-inspired tire on the index finger of the hand, which functionally emulates its movement bending. The design of this actuator is oriented to the creation of exoskeletons based on soft robotics to contribute to the restoration of the well-being of people who suffer disabilities as a result of cerebrovascular accidents or leg amputations its upper extremities. For this purpose, the following methodology was implemented: (i) a model of design that concluded in two resulting prototypes, (ii) a procedure was determined and applied for the manufacture of the two types of materials implemented (elastomeric and textile), (iii) a series of preliminary tests were carried out to evaluate the performance and properties mechanics of the actuator, in order to analyze what repercussions would be had according to the prototype; and finally (iv) the results were compared against movement and force capacity on each actuator. As a conclusion, it was determined that the prototype made with elastomers presents results potentials in relation to the capacity of force and orientation of the movement, which are suitable characteristics to be applied both in a prosthesis and in an orthosis hand. On the other hand, regarding the textile actuators, it was possible to conclude that they meet with the performance requirements that were sought at the beginning of this work. It was determined also that this type of actuator would be ideal in the development of wearable devices such like assist gloves. However, it should be noted that for interfaces based on textile material supports must be added through additional modules that increase the stiffness and volume, in order to develop safer and more comprehensive assistive prostheses For the users. Although it was concluded that the actuators worked, the project with future tasks that complement this research based on the validation of the prototypes to later be applied in the PrExHand hand exoskeleton