Diseño e implementación de mando de control para brazo robótico asistencia en cirugía estereotáctica del cerebro.

Abstract

Este trabajo se enfoca en el diseño e implementación de un mando de control para una versión robotizada de Varioguide de Brainlab. Su funcionalidad radica en que sea implementable con el sistema de navegación Vector Vision 2008. En Guatemala, el Centro Neurológico HUMANA se enfoca en el tratamiento de la epilepsia sin fines de lucro. HUMANA cuenta con los sistemas de BrainLab y solicitó ayuda a la Universidad del Valle de Guatemala para robotizar el brazo mecánico con el fin de acortar tiempos de cirugía. El proyecto se dividió en tres trabajos de graduación con enfoques distintos. Un trabajo consistió en el análisis de los servomotores de Dynamixel AX-12A y MX106T, otro en el diseño de la estructura mecánica del primer prototipo y el último en el diseño del mando de control. El mando de control debía buscar ser implementado por un microcontrolador para poder reducir sus dimensiones físicas. Debido a las limitaciones computacionales de un microcontrolador, las soluciones a los problemas de cinemática inversa del brazo debían ser ecuaciones de forma cerrada. Entonces una temática importante de la investigación fue determinar las ecuaciones de ajuste. Varioguide se ajusta por etapas. La primera etapa es un ajuste tridimensional, la segunda es un ajuste angular y la tercera corresponde a un ajuste angular y axial. El problema de cinemática inversa recaía especialmente en la primera etapa. Se utilizó el método de Pipier cuando tres ejes se interceptan para resolver de manera analítica la cinemática inversa de la primera etapa. Las ecuaciones resultantes sí cumplían con el posicionamiento del efector final del brazo robótico; sin embargo, no tomaba en cuenta cambios abruptos de posición en cada una de sus juntas ni colisiones entre sus propios eslabones. Apoyado en simulaciones, se restringió el movimiento de la primera etapa y se modificaron las ecuaciones obtenidas originalmente para evitar los problemas mencionados. Al obtener las ecuaciones finales sin problemas de colisión o saltos de posición, se implementaron en el prototipo electromecánico de Fernando Salazar. El prototipo reaccionó de manera satisfactoria a los comandos de movimiento del mando de control. El único problema persistente fue la estabilidad del sistema. Se aplicó un algoritmo de cambio de velocidad para mejorarla pero fue imposible eliminarla debido al material de la estructura mecánica.