Optimización de Rigidez y Modelado Cinemático de un Manipulador Flexible Atirantado para Cirugía Endoscópica

Área de la Ciencia:

• Robótica; Ingeniería Mecánica; Ciencia de Materiales

Sus antecedentes:

• Los robots de continuo accionados por cable exhiben una compensación fundamental entre rigidez y flexibilidad.
• La mejora de la rigidez es un desafío importante en el desarrollo de estos robots para aplicaciones avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Presentar un novedoso manipulador con muescas atirantado y optimizado en rigidez (CSNM).
• Abordar el desafío crítico de la mejora de la rigidez en robots de continuo accionados por cable.

Principales métodos:

• Se utilizó la teoría de vigas de Bernoulli-Euler para el modelado de la deformación de vigas elásticas (EB) y la optimización de la rigidez.
• Se empleó una suposición simplificada de curvatura constante por tramos para el modelado cinemático basada en las longitudes de los tendones.
• Se implementó un algoritmo de optimización de EB basado en la evolución para lograr una distribución uniforme del estrés y mejorar la capacidad de carga.

Principales resultados:

• El manipulador optimizado exhibió una varianza máxima del ángulo de flexión del haz elástico de 0,5°.
• Se alcanzaron errores máximos de movimiento de 0,21 mm en el eje x y 0,32 mm en el eje y.
• Se demostró un aumento del 100 % en la capacidad de carga debido a la distribución uniforme del estrés.

Conclusiones:

• La optimización estructural y el modelado cinemático del CSNM se validan mediante resultados experimentales.
• El CSNM muestra un potencial significativo para aplicaciones endoscópicas que requieren alta flexibilidad y una capacidad de carga sustancial.