Diseño de una plataforma robótica paralela de 6 dof para asistente quirúrgico en cirugías de reconstrucción cráneo-facial

Abstract

El documento describe el proceso llevado a cabo para realizar el diseño de una plataforma robótica de 6 DOF para asistente quirúrgico en cirugías de reconstrucción cráneo-facial. En primer lugar se hace un recuento de algunos de los desarrollos realizados hasta la fecha en cuanto a aplicaciones de las plataformas Stewart-Gough. A continuación se condensa la teoría referente a la descripción de posición de la plataforma (cinemática inversa y directa) y descripción de velocidades (Jacobiano). Esta teoría se verifica con la creación de una aplicación en MATLAB para calcular y verificar los datos obtenidos. El tercer capítulo explica la forma en la que se realizó el diseño mecánico de la plataforma y su sistema de sujeción. Para la primera se establecieron los requerimientos de diseño con los que debe cumplir el robot, se definieron los parámetros a determinar en el diseño conceptual para luego generar una herramienta de optimización para el cálculo de estos parámetros. Con el diseño conceptual terminado se hace la selección y dimensionamiento de los componentes de la plataforma. En la cuarta parte se muestra el proceso para la generación del modelo dinámico utilizando la aplicación SimMechanics de MATLAB. Dentro de este proceso se modeló en primer lugar un solo actuador, después un mecanismo paralelo de 2 gdl para finalmente elaborar el modelo del mecanismo de 6 gdl. Finalmente, se hace la verificación de la funcionalidad de la plataforma evaluando el porcentaje de espacio de trabajo alcanzado para orientaciones constantes, la destreza global, la distribución de la destreza (también para orientaciones constantes) y la ubicación de singularidades. Estos resultados se corroboran utilizando el modelo dinámico planteado anteriormente. / Abstract. The document describes the process for design a 6DOF robotic platform as surgical assistant in cranio-facial surgery based on Stewart platform. The first part of the document contains a review of the recent developments until today about the Stewart-Gough platforms. After that it shows the position description (inverse and direct kinematics) and velocity description (Jacobian matrix) of the Stewart platform. This theory is verified with a MATLAB program that calculates and verifies the obtained data. Third chapter explain the mechanical design of platform and its fixing system. For the first it establishes the design requirements for the robot and defines the parameters to determine in the conceptual design, then it use the optimization tool for calculate these parameters. After the conceptual design, the platform components are selected. Fourth part shows the process for the dynamic approach using SimMechanics (Matlab). One actuator is modeled first, then a 2 dof parallel mechanism and finally 6 dof mechanism. Finally, the performance of the platform is checked, the percent of covered constant orientation workspace, global dexterity, dexterity distribution (constant orientation) and the singularity distribution are checked too. The results are corroborated using the dynamic model developed previously.