Diseño de máquina de cinemática paralela para evaluación de sensores lineales y angulares en el oído interno

Abstract

El desarrollo del campo de la robótica abrió un mundo de posibilidades a la hora de diseñar sistemas mecánicos y estructuras de geometría compleja que ejecuten movimientos particulares con extrema precisión. Estos adelantos tecnológicos no quedan reservados solo a procesos de manufactura y optimización industrial, sino que por consecuencia natural se expanden hasta llegar a áreas como la medicina, permitiendo realizar procedimientos que, de ser ejecutados por humanos, se conseguirían con menor eficiencia y eficacia, requerirían de muchos más recursos y dejaría cabida al error humano. En la actualidad la incorporación de ingeniería a la medicina ha permitido estandarizar procedimientos médicos, reduciendo considerablemente los tiempos de consulta y detección de padecimientos, aumentando la precisión de los diagnósticos y con ello dando un tratamiento oportuno y mejorando sustancialmente la calidad de vida de las personas. Visualizando nuestra condición país, se estima que para mitad del Siglo XXI alcancemos la condición de país envejecido por contar con un cuarto de la población perteneciente a tercera edad. Situación en donde las caídas accidentales provocadas por mareo van en aumento y cuyas tasas de mortalidad son altas. Razón por la que se hace imperante establecer un diagnóstico y tratamiento rápido para eliminar los molestos síntomas de mareo, desorientación y síntomas de vómito intermitente producto de falla en el oído interno de los pacientes. Dada esta condición es que el presente trabajo busca establecer el diseño de un prototipo de máquina de cinemática paralela para la evaluación de sensores lineales y angulares en el oído interno, los cuales son responsables de una correcta percepción de equilibrio en el cuerpo. Con la incorporación de este tipo de tecnología se lograría a futuro estandarizar el procedimiento médico que actualmente se realiza de forma manual. En la primera parte del trabajo se realizó la investigación de los distintos tipos de robots utilizados a nivel industrial y en base a las condiciones de operación que requiere el procedimiento médico se inicia el diseño preliminar del mecanismo de cinemática paralela, el cual consta de una plataforma móvil donde se fijará una silla para la evaluación del paciente. Esta plataforma es controlada mediante seis actuadores lineales. Para el estudiar la dinámica del mecanismo primero se desarrolló una modelación 3D utilizando el programa Autodesk Inventor, que permitió comprobar que la cinemática del sistema fuese funcional. Luego se procede a exportar el diseño al software ANSYS para el análisis de cargas utilizando el Método de Elementos Finitos (MEF) en donde se definió como material principal Acero Inoxidable 316 debido al alto uso en equipos médicos generales y sus buenas propiedades mecánicas. Para comprobar que los resultados entregados por el software son fiables es que primero se realiza un análisis utilizando ecuaciones de dinámica en la estructura y posteriormente se realiza la simulación numérica. Una vez concordaron los valores obtenidos se confirma la fiabilidad de los datos entregados por el software y se procede a realizar el análisis dinámico de la estructura en cuatro casos considerados críticos, en los cuales se dispone la plataforma móvil en el punto final de su recorrido, instante de máxima elongación del vástago de los cilindros, donde existe velocidad cero y se produce la máxima desaceleración para poder cambiar el sentido de movimiento. Todo esto asumiendo una masa distribuida sobre la plataforma móvil equivalente a 200 kg que corresponde a la masa del paciente y el conjunto de la silla. Obtenidas las reacciones se procede a la selección de las rótulas de la plataforma móvil y de los actuadores lineales. Concluyendo con el análisis de los resultados obtenidos y una propuesta de diseño de la máquina de cinemática paralela.