Price Torrendell, Santiago (2019) Aplicación de materiales con memoria de forma a sistemas bioinspirados. / Application of shape memory materials to bioinspired systems. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 2735Kb |
Resumen en español
El objetivo de este trabajo es analizar el diseño y posible construcción de una prótesis de mano aprovechando las ventajas de los actuadores con memoria de forma. En el manuscrito se presentan diferentes opciones comerciales de la actualidad, así como dispositivos propuestos que hacen uso de materiales con memoria de forma. Se presenta el proceso de diseño inspirado en trabajos previos e incorporando consideraciones y criterios de funcionamiento seguro formulados a partir de los ensayos experimentales realizados sobre las cintas de Ni-Ti. Se presentan también los ensayos mecánicos realizados para la caracterización del comportamiento del material utilizado en los actuadores. En dichos ensayos se estabilizaron las propiedades del material mediante el “entrenamiento” de los mismos, se analizó la capacidad de carga del actuador en función de su temperatura y se definieron los rangos de trabajo para garantizar el funcionamiento seguro de las cintas. Basados en los diseños y en la caracterización de los materiales se fabricaron prototipos utilizando impresión 3D de plásticos. De los prototipos construidos se destacan dos, que fueron implementados bajo ideas de diseño diferentes. Se realizó en el segundo modelo una caracterización de las posiciones que adoptaba en función de la potencia eléctrica entregada a los actuadores. Se finalizó la fabricación de un tercer modelo cuya caracterización queda como trabajo futuro.
Resumen en inglés
The main objective of this project is to analyse the design and possible construction of a prosthetic hand taking advantages of shape memory alloys actuators. In this manuscript there are presented different commercial options as well as devices that utilize shape memory materials as kernel elements. In this work, it is presented the design process inspired in previous works. Considerations and security criteria were taken from mechanical tests done in Ni-Ti strips. It is also presented the mechanical tests done in order to obtain the characterization of the behavior of the material used in the actuator. In such tests, the material properties were stabilized with the “training” process, it was analyzed the relation between the maximal force capacity of the actuator and its temperature, and it was defined a range of work that was safe for the strips. Based on the design and characterization of the material, prototypes were fabricated using 3D printing techniques. The main built prototypes were two, which were implemented using two different design concepts. For the second model there was done a characterization of its position as function of the electric power consumed by the actuators. The fabrication of a third model was finished, but its characterization will be done in a future work.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Prostheses; Prótesis; Hands; Manos; Shape memory effect; Efecto de memoria de la forma [Aditive manufacture; Manufactura aditiva; Antropomorfic desing; Diseño antropomórfico; Robotics; Robótica] |
| Referencias: | [1] C. Connolly, «Prothestic Hand from Touch Bionics,» Industrial Robot: The International Journal of Robotic Research and Aplication, pp. pp. 290 - 293, 2008. [2] L. Biagiotti, «Advanced Robotic Hands: Design and Control Aspects,» Department of Electronics, Computer Science and Systems: University of Bologna, 2002. [3] J. T. S. J. L. D. A. M. a. W. R. F. Belter, «Mechanical Design and Performance Especification of Anthrppomorphic Prosthetic Hand: a review,» Rehabil. Res. University of Patras, 2013. [4] G.-W. K. a. S.-B. C. Jung Woo Song, «A State of the Art Review on Robots and Medical Devices Using Smart Fluids and Shape Memory Alloys,» Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology, 2018. [5] Y. H. Teh, «Fast, Accurate Force and Position Control of Shape Memory Alloy,» Department of Information Engineering, 2008. [6] H. J. a. S. H., «Electrically Controlled Shape Memory Actuator For Use In Handling Systems,» Technical University of Braunschweig, Institute for Production Automation and Handling Techniques (IFH), 1994. [7] J. Jung, «Construction of a Gripping Mechanism with FGL Wire Actuators,» Fraunhofer Institute, 2009. [8] J. H. O. S. a. M. S. Lee, «Development of Multi-fingered Prosthetic Hand Using Shape Memory Alloy Type Artificial Muscle Compute,» Journal of Inteligence and Robotic Systems, pp. pp 257-289, 2012. [9] V. H. E. B. B. a. P. E. Bundhoo, «A Shape Memory Alloy Based Tendon-Driven Actuation System for Biomimetic Artificial Fingers, part 1: design and evaluation Robotics,» Robotica, pp. pp. 131-146, 2009. [10] F. R. G. S. S. Simone, «Metal Nuscles and Nerves: a Self-sensing SMA Hand Concept,» Department of Systems Engineering, Department of Materials Science & Engineering, Saarland, 2017. [11] K. a. T. A. Adrianesis, «Development and Control of a Multifunctional Prosthetic Hand with Shape Memory Alloy Actuators,» Journal of Intelligent & Robotic Systems, p. pp 257–289, 2015. [12] T. W. M. K. S. D. a. W. C. Duerig, Engineering Aspects of Shape Memory Alloys., Butter worth- Heinemann Ltd, 1990. [13] B. S. H. W. M. a. Z. ,. Hirt, Hand and Wrist Anatomy and Biomechanics, New York: Ed. Thieme, 2017. [14] K. M. K. H. T. a. K. ,. Murakami, «A Decision Method for Placement Tactil Element on a Sensor Glove for Recognition of Grasp Types,» IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, pp. pp: 157-162, 2009. [15] M. J. Morillo Lopez, «Diseño de Prótesis de mano servoactuada y fabricación de prototipo con tecnicas de impresión 3D,» Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo, Comisión Nacional de Energía Atómica, San Carlos de Bariloche, Argentina, 2018 [16] M. Cutlosky, «On Grasp Choice, grasp models, and the design of hands of manufacturing types,» IEEE transactions on robotics and automation, , vol. 3, nº 3, pp. pp 269-279, 1989. [17] G. C. D. G. D. a. S. S. Cerruti, «Design method for an anthropomorphic hand able to gesture and grasp,» IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2015. [18] Ultimaker, «Ultimaker. Sitio Oficial,» 2019. [En línea]. Available: https://ultimaker.com/materials/pla. [Último acceso: 04 06 2019]. [19] A. S. J. L. P. A. D. a. G. E. J. Olbricht, «On the Stress-Formation of R-phase in uñtra fine-grained ni-rich NITI shape memory alloys,» 2011. [20] M. G. Alonso, «Utilización de materiales con memoria de forma para la corrección de defectos óseos, Tesis de Maestría,» Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo, Comisión Nacional de Energía Atómica, San Carlos de Bariloche, Argentina, 2018. [21] R. C. Carracedo, «Desarrollo de dispositivos para la realización de ensayos mecánicos in-situ en probetas de dimensiones reducidas,» Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo, Comisión Nacional de Energía Atómica, Bariloche, Argentina, 2014. [22] DLR, «DLR Institute of Robot And Mechatronics. Sitio Oficial.,» 2019. [En línea]. Available: https://www.dlr.de/rm-neu/en/desktopdefault.aspx/tabid-11671/#gallery/28631.. [Último acceso: 01 06 19]. [23] Ottobock, «Ottobock: Sitio oficial.,» 2019. [En línea]. Available: https://www.ottobockus.com/prosthetics/upper-limb-prosthetics/solution-overview/michelangelo-prosthetic-hand/. [Último acceso: 01 06 2019]. [24] S. Robot, «Shadow Robot: Sitio Oficial,» 2019. [En línea]. Available: https://www.shadowrobot.com/products/dexterous-hand/. [Último acceso: 01 06 2019]. [25] K. K. Y. N. G. a. T. A. Andrianesis, «Experimental Study of a Shape Memory Alloy Actuation System for a Novel Prosthetic Hand,» University of Patras: Greece, 2010. [26] F. C. C. C. B. F. A. E. a. S. G. Orabona, «Model Aptation for Least Squares SVM for Adaptive Hand Prosthetic,» IEEE International Conference on Robotics and Automation, Kobe International Conference Cente, 2009. [27] S. H. Crandall, An Introduction to Mechanics of Solids, McGraw-Hill Book Company, 1959. [28] M. M. Company, «Actuador Miga S125-008 SMA,» Company, Miga Motor, 2019. [En línea]. Available: http://www.migamotors.com/index.php?main_page=product_info&cPath=1&products_id=39. [Último acceso: 04 06 2019]. |
| Materias: | Física > Física de materiales Ingeniería mecánica > Robótica |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Física de metales |
| Código ID: | 844 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 17 Mar 2021 08:25 |
| Última Modificación: | 17 Mar 2021 08:25 |
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