Optimización de diseño de una mano y muñeca animatrónica antropomórfica de la fase tres e implementación de un control interactivo.

Abstract

El presente trabajo es la continuación de la fase tres del Megaproyecto Animatronics. En la fase anterior se realizó el diseño e implementación de una mano y antebrazo animatrónico antropomorfo. En este trabajo se pretende optimizar el diseño de la mano, muñeca y antebrazo. Manteniendo los movimientos de las falanges e implementado los movimientos de la muñeca y antebrazo. Utilizando el software Fusión 360 se diseñaron los dedos, palma y antebrazo de forma realista utilizando la proyección de fotografías en planos perpendiculares. Con esto se logró obtener una forma más anatómica, replicando la morfología de mi brazo derecho. Los dedos poseen bisagras en las articulaciones y dos conductos, uno en la parte frontal y otro en la parte dorsal, para conducir el movimiento de flexión y extensión. Para aumentar la movilidad de la muñeca se utilizaron dos servomotores Dynamixel AX-12A ensamblados en configuración modular. Logrando el movimiento de flexión, extensión, desviación cubital y radial. El movimiento correspondiente al antebrazo, supinación y pronación, se realizó utilizando un servomotor Dynamixel AX-12A. Para realizar el movimiento de las falanges se utilizó seis servomotores Dynamixel XL320 acoplados a poleas y ensamblados en una base con ajuste de tensión. Estos utilizan el cable en configuración bowden, por medio de tubos de teflón e hilo de pesca de “Dyneema”, para generar el movimiento de las cinco falanges y el metacarpo del pulgar. Gracias a la velocidad de actuación de estos servomotores se logró implementar el movimiento fluido de la mano. Con la integración de estos movimientos se alcanzó nueve grados de libertad mejorando el diseño anterior. La base o cajón se diseñó para fabricarla en MDF utilizando corte láser. Este además de ser estructural y funcional es modular, permitiendo la separación de las partes mecánicas y electrónicas del prototipo. Validando el ensamblaje se realizó el análisis de elementos finitos usando le geometría modelada y simplificada a las piezas críticas. Se obtuvo que el software tiene limitantes al modelar la geometría de la rosca de los tornillos y presentó resultados falsos. Al utilizar la geometría simplificada se obtuvo esfuerzos realistas, estos fueron menores al límite elástico de los materiales involucrados. Se diseñó el sistema electrónico necesario para la regulación eléctrica, conversión de voltaje y PCB de distribución de alimentación y datos para los servomotores conectados en cadena. Finalmente, se diseñó el control electrónico utilizando el sensor de captura de gestos sin contacto Leap Motion. Se presentó un método para procesar la información obtenida por Leap Motion, utilizando Matlab para obtener los ángulos de los dedos, muñeca y antebrazo, y el envió de estos valores por USART al controlador OpenCM9.04 C. Este se encargará de realizar la comunicación por el Bus de datos con los servomotores en cadena utilizando el protocolo half-duplex para la marca Dynamixel.