Diseño de un sistema de motores inteligentes en conjunto con un sistema de control del brazo robótico asistencial para cirugías estereotácticas.

Abstract

El presente trabajo tiene como fin el de desarrollar un sistema de actuadores que puedan implementarse para convertir motores paso a paso comunes en motores paso a paso “inteligentes” que le permitan al usuario utilizar un listado de comandos para ejecutar su movimiento. En este caso, esto va a ir orientado a un brazo robótico asistencial para procedimientos de cirugía de epilepsia. Para lograr esto, se dividió el proyecto en dos grupos: el desarrollo de los motores y el sistema de control. Para el desarrollo de los motores se hizo una selección de los microcontroladores que se van a utilizar para formar parte de cada uno de los actuadores al igual que el microcontrolador principal que funcionaría como el maestro. Adicionalmente, se hizo la selección de los drivers que se consideraron adecuados para los motores stepper, tomando en cuenta el uso que se le quiere dar (aunque también se consideraron las características adicionales que el driver pueda proveer al sistema). Ambas selecciones se hicieron a través de trade studies para poder comparar las especificaciones entre los dispositivos. Según los resultados obtenidos por el primer trade study, se seleccionó la Tiva C (TM4C123GH6PM) como el controlador maestro y el ATMega328P para ir adjunto a cada motor. Para la comunicación entre dispositivos se empleó un sistema daisy chain, en donde el control maestro envía un comando, el cual es transmitido a través de cada uno de los microcontroladores para luego ser finalmente recibido por el maestro para cerrar el bucle. Este retorno de datos al microcontrolador maestro permite que el usuario pueda tener retroalimentación sobre el funcionamiento correcto de los motores. Utilizando este sistema se logró incorporar un listado de comandos que tiene las siguientes funciones: le permite al usuario asignarle “direcciones” o “nombres” a cada uno de los microcontroladores que le permite luego asignarle comandos específicos a cada actuador individual; le permite al usuario establecer el número de pasos que desea que el motor stepper dé y si se desea utilizar el microstepping; permite establecer un cero relativo para que el usuario pueda determinar el número de giros que el motor ha dado. (A)