Diseño y simulación de un prototipo de prótesis de mano bioinspirada con cinco grados de libertad

Abstract

Esta tesis presenta el proceso de diseño y modelamiento de detalle de una prótesis de mano con 5 grados de libertad. Se muestra un análisis sobre las premisas y consideraciones de diseño desde una perspectiva multidisciplinar necesarias para el correcto desarrollo de una prótesis de mano bioinspirada. Se presenta primero los aspectos fundamentales desde el punto de vista de la fisiología y la biomecánica de una mano. Luego se realiza el Despliegue de la Función de Calidad para establecer el sistema de especificaciones de diseño suficiente para concebir un dispositivo de esta naturaleza. Posteriormente se generan los modelos matemáticos y geométricos primarios requeridos para un correcto desarrollo del diseño de detalle. Por último, se realiza una discusión sobre los aspectos de manufacturabilidad, ensamblabilidad, costos, confiabilidad y seguridad que se deberán tener en cuenta para un diseño sustentable de la prótesis. Como resultados se obtienen un modelo geométrico antropométrico que define la geometría parametrizada de la prótesis; modelos de comportamiento cinemático y dinámico respectivamente útiles para simular el comportamiento de la pinza tridigital; y un análisis del diseño por factores para llevar a cabo el proceso de diseño detallado de la prótesis.

Abstract. This thesis presents the design process and detailed modeling of a prosthetic hand with five degrees of freedom. An analysis of the assumptions and design considerations are shown from a multidisciplinary perspective which is necessary for the proper development of a bio-inspired prosthetic hand. First the physiology and biomechanics fundamental aspects of a hand are explained. Then the Quality Function Development is performed to set the system design specifications. Next the mathematical and geometric models required for proper development of the detailed design are generated. Finally, a discussion is made about the aspects of manufacturability, assembly, reliability and security that should be taken into account for a sustainable design of the prosthesis. The final results are: a geometric model based on the hand’s anthropometry which defines the geometry of the prosthesis; kinematic and dynamic models for the simulation of the three finger grasp and an analysis of design factors to carry out the detailed design process of the prosthesis.