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Title:
CONFIGURABLE ROBOT MANIPULATOR ACTUATED BY ACTUATORS AND LINKS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/056799
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a robot hand with ambidextrous ability, comprising at least one actuator to provide the power required to move at least one end or finger attached to the upper end of the actuator, by means of a rotating movable support; and the actuator includes at its lower end a base that keeps the actuator fixed to other parts of the robot hand, wherein the base forms the static point of reference on which the finger being moved changes position; and a transmission system for transmitting the power provided by the actuator to the finger, allowing the finger to move.

Inventors:
ORTEGA CARRILLO HERNANDO (MX)
GUTIÉRREZ PADRÓN ADRIÁN (MX)
Application Number:
PCT/MX2017/000104
Publication Date:
March 29, 2018
Filing Date:
September 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
UNIV MEXICO NAC AUTONOMA (MX)
International Classes:
B25J15/00; A61F2/58
Domestic Patent References:
WO2003037573A22003-05-08
Foreign References:
US20130285404A12013-10-31
US20130175816A12013-07-11
CN102729255A2012-10-17
US5108140A1992-04-28
Attorney, Agent or Firm:
FIGUEROA PÉREZ, Martha (MX)
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Claims:
NOVEDAD DE LA INVENCION

REIVINDICACIONES

1 .- Un manipulador robótico configurable que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro caracterizado porque comprende: por lo menos un actuador para proporcionar ia fuerza necesaria para dar movimiento a por lo menos una extremidad o dedo que se encuentra sujeto al extremo superior de dicho actuador a través de un soporte móvil giratorio; y dicho actuador incluye en su extremo inferior una base que es la encargada de mantenerlo fijo a otras partes del manipulador robótico, donde dicha base constituye el punto de referencia estático sobre el que cambia de posición el dedo a mover; y, un sistema de transmisión que permite transmitir la fuerza proporcionada por el actuador hacia el dedo para que éste pueda moverse.

2 - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dedo se encuentra sujeto al actuador de manera removible.

3. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la base se encuentra sujeta al actuador de manera removible.

4. - El manipulador robótico configurable de conformidad las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado además porque el actuador se selecciona del grupo que comprende moto- reductores, motores a pasos, servomotores y alambre muscular.

5. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el actuador es un servomotor, ya que éste tiene integrados parte de los elementos electrónicos necesarios para su funcionamiento, además de que cuenta con un sensor de temperatura interno, lo que resulta útil para cumplir con la especificación relacionada con la medición de temperatura,

6. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema de transmisión se selecciona del grupo que comprende engranes, mecanismos de barras, cables y bandas.

7. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 6, caractenzado además porque el sistema de transmisión es por medio de cables, los cuales tienen en el manipulador robótico la misma función que tienen los tendones en una mano humana, por lo que deben resistir la tensión ejercida por el servomotor, ser lo menos elásticos posible para evitar dañar tanto al dedo como al soporte giratorio móvil, pudiéndose utilizar cables de material polimérico o algún material compuesto.

8. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque los cables o tendones cruzan sus trayectorias rodeando una parte del servomotor y su otro extremo es retenido en la base fija a través de primeros medios de sujeción que permiten regular su tensión.

9. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque los primeros medios de sujeción son, pero no están limitados a, tornillos.

10. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el dedo está configurado por tres partes articuladas con movimiento entre si, las cuales cumplen en el manipulador robótico la misma función que las falanges en la mano humana,

11. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque la primera de las tres partes articuladas o falanges es la falange próximal y se encuentra sujeta al soporte móvil giratorio; la segunda de las tres partes articuladas o falanges es la falange media y está conectada a la falange proximal a través de medios de flexión que permiten al dedo doblarse y su posterior restauración; y, la tercera de las tres partes articuladas o falanges es la falange distal que se encuentra conectada a la falange media de la misma forma en que ésta última se encuentra conectada a la falange próximal. 12.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque en la falange distal es donde se fija uno de los extremos de cada cable o tendón cuya trayectoria pasa por dentro de las tres falanges (proximal, media y distal). 13.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque los medios de flexión son, pero no están limitados a, un resorte.

14.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el resorte está construido de cualquier material flexible que permita flexionar y extender completamente el dedo y que tenga la característica de regresar a su posición original, independientemente del tiempo al que haya sido sometido a flexión, donde dicho material se selecciona del grupo que comprende silicón, hule y plástico (goma) flexible. 15,- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el soporte móvil giratorio tiene la función de transferir el movimiento que proporciona el servomotor hacia la falange proximal del dedo, además de generar la tensión necesaria para fiexionar las falanges media y distal. 16.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque las tres falanges (proximal, media y disíal) están construidas de cualquier material que sea rígido y ligero, por ejemplo, algún tipo de polímero que se selecciona del grupo que comprende polietileno reticulado (PEX), policloruro de vinilo (PVC), policloruro de vinilo dorado (CPVC), polipropileno random (PPR), polietiíeno de alta densidad (HDPE).

17.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque para sujetar el dedo al actuador se inserta un tapón en la parte interior e inferior de la primera falange o falange proximal, el cual incluye tres agujeros en el fondo, uno de ellos al centro y los otros dos a cada uno de Sos lados de dicho agujero central, de tal manera que por el agujero central se hace pasar un tornillo para fijar el por lo menos un dedo a la base móvil giratoria, mientras que por los agujeros laterales se hacen pasar los hilos o tendones. 18.- El manipulador robótico configurable de conformidad con las reivindicaciones

1 a 17, caracterizada además porque para que el servomotor pueda realizar el movimiento angular, el soporte móvil giratorio gira conjuntamente con la falange próximal manteniendo su posición relativa; de manera simultánea, el cable o tendón respectivo del lado al que se quiere girar el dedo se adapta al contorno del servomotor ejerciendo tensión sobre las falanges media y distal, permitiendo que el dedo se flexione, de modo que cuando el servomotor gira a su posición inicial o de descanso el resorte permite que la falange media y la distal, así como los respectivos tendones, regresen también a su posición inicial.

19. - El manipulador robótico configurante de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el dedo puede flexionarse desde 0° hasta 100° con respecto a su posición de descanso, haciéndolo hacia cualquiera de los lados.

20. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el dedo puede flexionarse desde 0° hasta 90° con respecto a su posición de descanso, haciéndolo hacia cualquiera de los lados.

21. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende cuatro servomotores dispuestos en un arreglo que configura la base o estructura de dicho manipulador robótico con comportamiento ambidiestro semejando el dorso (comportamiento de mano derecha) o la palma (comportamiento de mano izquierda), dichos cuatro servomotores proporcionan la fuerza necesaria para dar movimiento a una pluralidad de extremidades que semejan los dedos de la mano humana; adicionalmente, la mano robótica incluye un soporte conector o socket que se encuentra sujeto al extremo inferior de uno de los servomotores, el cual puede ser adaptado a un brazo robótico.

22. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque de los cuatro servomotores un primer servomotor se localiza dispuesto horizontalmente abarcando la mitad inferior de la base o estructura, un segundo servomotor se localiza de manera adyacente a un tercer servomotor y ambos se encuentran dispuestos verticaimente y sujetos al extremo superior del primer servomotor formando la mitad superior de la estructura, y un cuarto servomotor se encuentra sujeto al extremo libre del primer servomotor por medio de un primer soporte móvil giratorio.

23. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el segundo y el tercer servomotor se encuentran sujetos de manera removible al primer servomotor.

24. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el cuarto servomotor se encuentra sujeto manera removible al primer servomotor.

25. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el soporte conectar o socket se encuentra sujeto de manera removible al primer servomotor,

28 - Ei manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque de la pluralidad de extremidades o dedos un primer dedo o dedo pulgar se encuentra sujeto al cuarto servomotor, un segundo dedo o dedo índice y un tercer dedo o dedo medio se encuentran sujetos al extremo superior del tercer servomotor, un cuarto dedo o dedo anular y un quinto dedo o dedo meñique se encuentran sujetos al extremo superior del segundo servomotor.

27.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el primer dedo o dedo pulgar se encuentra sujeto de manera removible al cuarto servomotor, el segundo dedo o dedo índice y el tercer dedo o dedo medio se encuentran sujetos de manera removible al extremo superior del tercer servomotor, el cuarto dedo o dedo anular y el quinto dedo o dedo meñique se encuentran sujetos de manera removible al extremo superior del segundo servomotor.

23.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque en el arreglo de cinco dedos del manipulador robótico, el primero y el cuarto servomotores proporcionan el movimiento al primer dedo o dedo pulgar, de tal manera que con el primer servomotor se realiza el movimiento de oposición hacia ambos lados (al frente y atrás) del manipulador robótico, mientras que con el cuarto servomotor se realizan los movimientos de flexión y extensión; el tercer servomotor proporciona los movimientos de flexión y extensión del segundo dedo o dedo índice; y, finalmente, el segundo servomotor provee el movimiento a los dedos tercero o medio, cuarto o anular y quinto o meñique.

29. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque tanto el dedo pulgar como el dedo índice se mueven de manera independiente del resto de los otros tres dedos, y éstos últimos se mueven simultáneamente.

30. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque el movimiento de los dedos es transferido de los servomotores hacia los dedos por medio del cable que hace la función de los tendones en la mano humana.

31. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque la configuración del manipulador robótico con comportamiento ambidiestro está conformada por los cuatro servomotores que para ser ensamblados entre si cada uno de ellos incluye segundos soportes móviles giratorios que se encuentra sujetos al extremo superior de dichos cuatro servomotores a través de medios de sujeción; mientras que los dedos se fijan a dichos segundos soportes móviles giratorios, de tal manera que al girar éstos lo hacen conjuntamente con el dedo o dedos que se fijan a ellos.

32. - El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque el segundo soporte móvil giratorio que está unido al tercer servomotor se parte a lo rlgao en mitades a fin de independizar el movimiento de los dedos índice y medio, esto es, el dedo índice se fija a una de las mitades que a su vez se fija al tercer servomotor, mientras que el dedo medio se fija a la otra mitad que a su vez se fija al segundo servomotor que mueve simultáneamente a los dedos medio, anular y meñique. 33.- ES manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque los segundos soportes móviles giratorios se encuentra sujetos de manera removible al extremo superior de los cuatro servomotores.

34.- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizada además porque los medios de sujeción están conformados por, pero no limitados a, tornillos, tuercas, arandelas y bujes. 35,- El manipulador robótico configurable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro

Description:
MANIPULADOR ROBOTICO CONFIGURABLE ACCIONADO POR MEDIO DE

ACTUADORES TENDONES

La presente invención está relacionada con los principios y técnicas utilizadas en la ingeniería mecatrónica así como en la rebotica para el diseño desarrollo y aplicación de

presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

En el área de la robótica, en la manipulación de material radiactivo o biológico, manipulador es un mecanismo utilizado bajo control humano para manipular materiales sin establecer un contacto directo,

Ei manipulador robótico es definido en el estado del arte como un sistema de control o mecanismo gobernado por control automático equivalente a un brazo en un sistema robótico, formado por una serie de segmentos articulados entre sf, con varios grados de libertad, destinado al agarre y desplazamiento de objetos.

El sistema de manipulación es una parte importante en todo sistema que interactúe con objetos cambiando su posición, ya que es éste mediante el cual se realiza dicha actividad. Los robots manipuladores son usados como apoyo en las industrias para poder llevar a cabo tareas peligrosas, cansadas o repetitivas para los trabajadores, ES mejor ejemplo de industrias que emplean estos robots son las que realizan automatización fija, en la que los grippers (dispositivos que permiten sostener el objeto a ser manipulado, también conocidos como pinzas robóticas) son diseñados para manipular un sólo tipo de objeto, con la finalidad de incrementar la eficiencia de producción.

En el estado de la técnica existe gran diversidad de grippers industriales, la decisión de qué gripper usar depende de las características físicas del objeto a sujetar y la fuente de energía a emplear, entre otros factores; siendo los grippers paralelos, los angulares y las ventosas, los más utilizados.

En los primeros, los dedos siempre se mantienen paralelos entre sI y la orientación desde la que se acercan al objeto depende de la manera en que se sujetará dicho objeto, existiendo tres principales formas de sujeción, a saber: rodeando la pieza, por retención y por fricción. Las dos primeras son las más utilizadas debido a que permiten sujetar el cuerpo de manera estable, requiriendo menos fuerza para ello; mientras que la sujeción por medio de fricción depende completamente de la fuerza del gripper.

Para realizar una determinada forma de sujeción se emplean diferentes tipos de mordazas de agarre unidas mecánicamente a los dedos del gripper.

Los grippers angulares cuentan con dedos que abren y cierran en relación a un eje fijo, realizando movimientos circulares para poder tomar la pieza. Estos mantienen semejanzas con los grippers paralelos, especialmente en las formas de sujeción de las piezas y la necesidad de mordazas especiales para diferentes aplicaciones. Por otra parte, las ventosas son empleadas principalmente en operaciones de montaje, manipulación y embalaje, particularmente si los objetos tienen superficies lisas. Sujetan la pieza a manipular gracias al principio Venturi, en el que el aire comprimido pasa por una tobera a gran velocidad generando vacío en su sección más estrecha, donde se retiene la pieza.

El problema de los grippers industriales es que están diseñados para manipular un sólo tipo de objeto, haciendo necesario modificar el sistema de sujeción ante un cambio en las características del objeto a manipular. Dicho problema se ha tratado de resolver con el desarrollo de grippers adaptables que pueden sujetar objetos de diferente forma, tamaño y material. Se pueden distinguir tres principales grippers, a saber: de electro-adhesión, universales y de múltiples dedos.

Los grippers de electro-adhesión tienen la principal característica de no poseer piezas rígidas, que no sean de soporte. Están hechos con láminas flexibles de materiales compatibles que, al aplicarles voltaje se genera fuerza electrostática usada para sujetar la pieza a manipular. No obstante, tienen la desventaja de presentar dificultades para retener piezas que contengan madera o metales pintados. El gripper universal también conocido como gripper de succión de aire está compuesto de un saco flexible relleno de material granular, por ejemplo, granos de café, entre otros, que cuando es presionado sobre el objeto a sujetar fluye alrededor de éste conforme a su forma. Para retener la pieza solamente es necesario retirar el aire dentro del saco, esto se hace generando vacío mediante el uso del principio Venturi. Para soltar el objeto debe entrar aire nuevamente al saco, haciendo que los granos de café se separen permitiendo la liberación de la pieza. Sin embargo, dichos grippers universales presentan ciertas desventajas, como lo es el hecho de que necesitan un segundo cuerpo rígido sobre el cual presionar para que el material granular envuelva la pieza a sujetar. Otra desventaja es la dificultad de retener objetos planos. De igual manera, presentan el riesgo de sufrir accidentes ocasionando que el saco se rasgue, imposibilitando su función de contener el material granulado.

Por último, los grippers de múltiples dedos, generalmente tres, son sistemas poli- articulados que semejan la mano humana realizando la sujeción correspondiente, trípode en el caso de tres dedos, característica que les permite aumentar la variedad de objetos a manipular.

Conforme se desarrollaron los robots de servicio, comenzaron a mejorarse los grippers para mejorar su adaptabilidad a objetos de diversas formas y tamaños. Particularmente se han adaptado a robots en Sos que se tiene conocimiento de las características generales de los objetos a manipular, pero se desconocen sus cualidades particulares. Debido a esto, los desarrollos se han ido orientando a ser similares, tanto como sea posible, con la mano humana.

Existe una amplia gama de grippers en forma de mano humana que, en su mayoría, tienen la característica de posicionar los actuadores fuera de la palma de la mano, moviendo los dedos medíante transmisiones flexibles. Tales desarrollos han sido mejorados con la integración de sensores de presión, mediante el aumento de grados de libertad y sistemas de control que permiten un movimiento más natural de la mano. Con respecto a la mano robótica presente invención, el desarrollo que más se le asemeja es una mano ambidiestra desarrollada en 2013 por la Universidad de Brunel en Londres, empleada principalmente para rehabilitación de personas con dolor del miembro fantasma, construida mediante impresión tridimensional y compuesta por un sistema de tres tendones por cada dedo, accionados mediante un músculo neumático por cada tendón, dicha mano robótica mostrándose en la figura 1 de los dibujos que se acompañan,

Tomando en consideración las actuales tendencias en cuanto a grippers robóticos, la presente invención se puede perfilar como una alternativa para mejorar el control de sistemas de robótica suave o también conocida como "soft robotics", además de ampliar el rango de movimiento, sin añadir actuadores en manos robóticas hechas mediante impresión tridimensional.

En el estado de la técnica se encuentra la Patente Europea No. EP1816872 que se refiere a un mecanismo conjunto utilizado en una unidad de dedo y similares de una mano robótica que puede agarrar con precisión los objetos aéreos o similares a altas velocidades, y en particular se refiere a un mecanismo de articulación en el que un par de accionamiento de un eje de articulación puede ser aumentado sin incrementar una dimensión en una dirección ortogonal al eje de articulación.

De igual manera, la Patente Europea No. EP2703331 que está relacionada con un sistema de tracción que utiliza un cable multi-tendón con un ángulo de deflexión. Dicha invención se refiere al campo de elevación y manipulación pesados, y más particularmente, a un sistema de tracción mediante un cable que incluye una pluralidad de tendones sustancialmente paralelos movibles para tirar de una carga. Asimismo, se encuentra la Solicitud de Patente Internacional No.

PCT/IB2004/003731 que corresponde con la Publicación internacional No. WO/ 2005/048500, la cual se refiere a un muñón robotizado accionado por control remoto para aplicaciones en el campo de la teleoperación, por ejemplo, para operaciones quirúrgicas mini-invasivas, que comprende un elemento distal montado sobre un soporte capaz de girar instantáneamente con respecto a un elemento fijo, por ejemplo, por una articulación de rótula que permite tres grados de libertad de rotación. En particular, el soporte puede ser orientado con respecto al elemento fijo con un sistema de accionamiento redundante medíante la disposición de cuatro fuerzas en puntos excéntricos, por ejemplo, por medio de tendones, y provocar la rotación del soporte alrededor del poste central mediante la articulación de rótula. Alternativamente, el soporte puede ser orientado con respecto al elemento fijo por medio de un mecanismo que reproduce el rodamiento de una esfera móvil que pertenece al soporte, en una esfera fija integral con el miembro fijo.

Por otro lado, de acuerdo con la Academia Americana de Ortesistas y Protesistas (AAOP), una prótesis es un dispositivo externamente aplicado, usado para reemplazar completamente, o en parte, un segmento de la extremidad ausente o deficiente. Incluye cualquier dispositivo que tenga una parte dentro del cuerpo humano para propósitos estructurales o funcionales.

Las prótesis de miembro superior pueden ser clasificadas en cosméticas (pasivas) y funcionales (activas). Toda prótesis artificial activa necesita una fuente de energía de donde tomar su fuerza, un sistema de transmisión de esta fuerza, un sistema de mando o acción y un dispositivo prensor.

La diferencia entre las prótesis activas se centra en el tipo de control que se emplea para moverlas, tal que las prótesis más comunes son: Prótesis mecánicas: son dispositivos que se utilizan con la función de apertura o cierre voluntario por medio de un arnés el cual se sujeta alrededor de los hombros, parte del pecho y parte del brazo controlado por el usuario. Su funcionamiento se basa en la extensión de una liga por medio del arnés para su apertura o cierre,

Prótesis eléctricas: usan motores eléctricos para mover las articulaciones necesarias, por lo que requieren el empleo de baterías recargables. Se controlan ya sea mediante botón pulsador, botón con interruptor de arnés, o con el uso de servocontrol. Usan un socket, que es un dispositivo intermedio entre la prótesis y el muñón, logrando la suspensión de éste por succión. En comparación con las prótesis mecánicas, es más costosa su adquisición y mantenimiento, además de que se debe cuidar que la prótesis no entre en contacto con medios húmedos.

Prótesis mioeléctricas: son prótesis controladas mediante impulsos eléctricos generados por el cuerpo al contraer o flexionar los músculos del muñón del usuario. Dichos impulsos son registrados por electrodos que entran en contacto con la superficie de la piel. Una vez registrados son amplificados electrónicamente y procesados mediante un controlador que conmuta los motores encendiéndolos y apagándolos para producir los movimientos de la articulación correspondiente. Éste tipo de prótesis tiene la ventaja de que presentan el mejor aspecto estético, tienen gran fuerza y velocidad de prensión, asi como muchas posibilidades de combinación y ampliación. Presentan la desventaja de usar un sistema de batería que requiere mantenimiento para su recarga, desecho y eventual reemplazo. Debido al peso del sistema de batería, de control y de los motores eléctricos, tienden a ser más pesadas que otras opciones protésicas. BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un manipulador robótico configurable con sistema de articulaciones accionadas por medio de actuadores, tendones y con comportamiento ambidiestro que comprende por lo menos un actuador para proporcionar la fuerza necesaria para dar movimiento a por io menos una extremidad o dedo que se encuentra sujeto al extremo superior de dicho actuador a través de un soporte móvil giratorio; y dicho actuador incluye en su extremo inferior una base que es la encargada de mantenerlo fijo a otras partes de la mano robótica, donde dicha base constituye el punto de referencia estático sobre el que cambia de posición el dedo a mover; y, un sistema de transmisión que permite transmitir la fuerza proporcionada por el actuador hacia el dedo para que éste pueda moverse. El actuador es un servomotor.

El sistema de transmisión es por medio de cables, los cuales tienen en la mano robótica la misma función que tienen los tendones en la mano humana, por lo que deben resistir la tensión ejercida por el servomotor, ser lo menos elásticos posible para evitar dañar tanto al dedo como al soporte giratorio móvil, pudiéndose utilizar cables de material polimérico o algún material compuesto. Dichos cables o tendones cruzan sus trayectorias rodeando una parte del servomotor y su otro extremo es retenido en la base fija a través de primeros medios de sujeción que permiten regular su tensión.

El dedo está configurado por tres partes articuladas con movimiento entre sí, las cuales cumplen en el manipulador robótico ia misma función que las falanges en una mano humana. Una primera de ias tres partes articuladas o falanges es la falange próximal y se encuentra sujeta al soporte móvil giratorio; la segunda de las tres partes articuladas o falanges es la falange media y está conectada a la falange proximal a través de medios de flexión que permiten al dedo doblarse y su posterior restauración; y, la tercera de las tres partes articuladas o falanges es la falange distal que se encuentra conectada a la falange media de la misma forma en que ésta última se encuentra conectada a la falange proximal.

Para que el servomotor puede realizar el movimiento angular, el soporte móvil giratorio gira conjuntamente con la falange proximal manteniendo su posición relativa; de manera simultánea, el cable o tendón respectivo del lado al que se quiere girar el dedo se adapta al contorno del servomotor ejerciendo tensión sobre las falanges media y distal, permitiendo que el dedo se flexione, de modo que cuando el servomotor gira a su posición inicial o de descanso el resorte permite que la falange media y la distal, así como los respectivos tendones, regresen también a su posición inicial. El dedo puede flexionarse desde 0° hasta 100° con respecto a su posición de descanso, haciéndolo hacia cualquiera de los lados.

En un aspecto adicional de la presente invención, el manipulador robótico configurable de la presente invención comprende cuatro servomotores dispuestos en un arreglo que configura la base o estructura de dicho manipulador robótico semejando el dorso (comportamiento de mano derecha) o la palma (comportamiento de mano izquierda), dichos cuatro servomotores proporcionan la fuerza necesaria para dar movimiento a una pluralidad de extremidades que semejan los dedos de la mano humana; adicionalmente, el manipulador robótico incluye un soporte conector o socket que se encuentra sujeto al extremo inferior de uno de los servomotores, el cual puede ser adaptado a un brazo robótico.

De los cuatro servomotores un primer servomotor se localiza dispuesto horizontalmente abarcando la mitad inferior de la base o estructura, un segundo servomotor se localiza de manera adyacente a un tercer servomotor y ambos se encuentran dispuestos verticalmenTe y sujetos al extremo superior del primer servomotor formando la mitad superior de la estructura, y un cuarto servomotor se encuentra sujeto al extremo libre del primer servomotor por medio de un primer soporte móvil giratorio. De la pluralidad de extremidades o dedos un primer dedo o dedo pulgar se encuentra sujeto al cuarto servomotor, un segundo dedo o dedo índice y un tercer dedo o dedo medio se encuentran sujetos al extremo superior del tercer servomotor, un cuarto dedo o dedo anular y un quinto dedo o dedo meñique se encuentran sujetos al extremo superior del segundo servomotor. El primer dedo o dedo pulgar se encuentra sujeto de manera removible al cuarto servomotor, el segundo dedo o dedo índice y el tercer dedo o dedo medio se encuentran sujetos de manera removible al extremo superior del tercer servomotor, el cuarto dedo o dedo anular y el quinto dedo o dedo meñique se encuentran sujetos de manera removible al extremo superior del segundo servomotor. OBJETOS DE LA INVENCION

Teniendo en cuenta las desventajas de los grippers encontrados en el estado de la técnica, es un objeto de la presente invención proveer un manipulador robotico configurable conformado por un sistema de tendones accionados mediante actuadores, cuyo diseño le permite ser utilizada como prótesis de miembro superior, manipulador para la industria o utilizarse en general para apiicaciones que requieran manipulación de objetos por medio de sistemas automáticos o robóticos.

Es otro objeto más de la presente invención proveer un manipulador robotico particularmente con características de antropomorfismo; además, su versatilidad posibilita la manufactura de manos reboticas con comportamiento ambidiestro, esto es, puede usarse como prótesis tanto de mano derecha como de mano izquierda. Un objeto adicional de la presente invención es proveer un manipulador robótico con comportamiento ambidiestro en la que, a diferencia de otros sistemas que también empLean tendones, los actuadores se encuentran en el dorso o la palma de la mano (dependiendo de su uso como mano derecha o como mano izquierda) y no en el antebrazo permitiendo que el sistema pueda ser adaptado a cualquier manipulador antropomórfico ya construido.

Otro objeto más de la presente invención es la de proveer un manipulador robótico que cumple las funciones de una mano robótica con comportamiento ambidiestro que permita la sujeción de objetos de los cuales se conocen sus características generales, pero se desconocen sus particulares, de tal manera que el manipulador robótico tiene la capacidad de sujetar objetos de diferente forma, tamaño y peso por ambos lados, ya sea como mano izquierda o como mano derecha. Además, es otro objeto dela presente invención proveer un manipulador robótico con comportamiento ambidiestro, cuyo diseño le da la capacidad de reproducir por lo menos 4 de las formas básicas de prensión de la mano humana, de tal manera que su funcionalidad sea lo más parecida posible a una mano humana. Un objeto adicional de la presente invención es proveer un manipulador robótico con comportamiento ambidiestro en la que los actuadores además de dar soporte mediante la base móvil ala falange próximal de los dedos, son empleados de manera íntegra aprovechando la ventaja de que pueden girar libremente en ambos sentidos y, un sólo actuador puede mover más de un dedo. Sigue siendo un objeto más de la presente invención proveer un manipulador robótico con comportamiento ambidiestro en la que los movimientos de las falanges se realizan simultáneamente permitiendo que el sistema de tendones abra y cierre en un periodo de tiempo menor, comparado con oíros manipuladores que presentan funciones de una mano que mueven una falange a la vez.

Es aún más otro objeto de la presente invención proveer un manipulador robótico que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro con una alta resistencia a impactos que puedan presentarse durante su uso, ya que las falanges no están conectadas con un elemento rígido, permitiendo así la flexión del dedo y su posterior restablecimiento a la posición original.

Es todavía más un objeto de la presente invención proveer un manipulador robótico que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro, en donde el diseño de sus dedos posibilita que puedan ser reproducidos tanto con materiales comerciales de bajo costo como con elementos impresos en tercera dimensión o manufacturados mediante control numérico.

Estos y otros objetos, particularidades y ventajas de un manipulador robótico que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro con sistema de articulaciones de la presente invención serán evidentes a partir de la descripción detallada de ciertas modalidades y de las figuras que se acompañan, asi como de las reivindicaciones anexas. Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, la invención misma, tanto por su organización, así como por su método de operación, conjuntamente con otros objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la siguiente descripción detallada de las modalidades de la presente invención, cuando se lea en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La figura 1 son fotografías en las cuales se muestra una mano robótica encontrada en el estado de la técnica, la cual fue desarrollada por la Universidad de Brunel.

La figura 2 ilustra la estructura ósea de una mano humana cuyo estudio permitió el diseño y desarrollo de una mano robótica con sistema de articulaciones accionadas por medio de actuadores, la cual se muestra en subsecuentes figuras.

La figura 3 ilustra diferentes movimientos de los dedos de la mano humana.

La figura 4 ilustra diferentes tipos de prensión que pueden ser llevados a cabo por la mano humana.

La figura 5 es una vista en perspectiva lateral derecha de un manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro construida de conformidad con una modalidad particularmente preferida de la presente invención. La figura 6 es una vista en perspectiva lateral izquierda del servomotor que da acción al manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro ilustrado en ia figura 5, para mostrar en detalle el cruce de Sos cables que hacen la función de los tendones.

La figura 7 son vistas que ilustran uno de los dedos del manipulador robótico configurable de la presente invención. De manera más específica, la figura 7A es una vista en perspectiva dorsal o palmar (dependiendo del comportamiento ambidiestro del manipulador robótico) de un dedo del manipulador robótico configurable; la figura 7B es una vista lateral del dedo ilustrado mostrado en la figura 7A; y, la figura 7C es una vista dorsal o palmar del dedo ilustrado en la figura 7A.

La figura 8 muestra diferentes posiciones del manipulador robótico configurable, las cuales van desde una posición central hasta posiciones extremas (flexión a 90°) hacia atrás o hacia adelante. Específicamente, la figura 8A es una vista lateral derecha del manipulador robótico configurable en posición de descanso; la figura 8B ilustra el manipulador robótico configurable flexionado 90° hacia atrás; y la figura 8C ilustra el manipulador robótico configurable flexionado 90° hacia adelante. La figura 9 es una vista en perspectiva del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, construido de conformidad con una modalidad adicional de la presente invención. En razón del comportamiento ambidiestro, dicha vista ilustra el dorso como mano derecha, o bien, la palma como mano izquierda. La figura 10 es una vista frontal del manipulador robótico configurable ilustrado en la figura 9. La figura 1 1 es una vista en perspectiva del ensamble completo de la base o estructura del manipulador robótico configurable con comportamiento ambidiestro de la presente invención, ilustrando la vista dorsal (comportamiento de mano derecha) o vista palmar (comportamiento de mano izquierda) de dicho manipulador robótico.

La figura 12 es una vista frontal del ensamble completo del manipulador robótico configurable mostrado en la figura 1 1 , pero ahora ilustrando la vista palmar (comportamiento de mano derecha) o vista dorsal (comportamiento de mano izquierda). La figura 13 es una vista en perspectiva frontal y superior en explosión que ilustra el ensamble básico de uno de los servomotores que forman parte del manipulador robótico de la presente invención.

La figura 14 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra el ensamble de un primer servomotor que proporciona los movimientos de oposición (hacia adelante y hacia atrás) al dedo pulgar del manipulador robótico configurable con sistema de articulaciones accionadas por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro. La figura 15 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra el ensamble de un segundo servomotor que proporciona los movimientos de flexión y extensión a los dedos medio, anular y meñique del manipulador robótico configurable con sistema de articulaciones accionadas por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro. La figura 16 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra ia unión de los ensambles mostrados en las figuras 14 y 15.

La figura 17 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra el ensamble del tercer servomotor que proporciona los movimientos de flexión y extensión al dedo índice del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro.

La figura 18 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra la unión de del ensamble del segundo servomotor que proporciona movimiento a los dedos medio, anular y meñique con el ensamble del tercer servomotor que proporciona movimiento al dedo índice, así como con el ensamble del primer servomotor que proporciona movimiento al dedo pulgar. La figura 19 es una vista en perspectiva superior en explosión de un cuarto servomotor que proporciona los movimientos de flexión y extensión al dedo pulgar del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro. La figura 20 es una vista en perspectiva superior en explosión que ilustra la unión del ensamble del primer servomotor al ensamble del cuarto servomotor, ambos proporcionando movimiento al dedo pulgar y estando ilustrados en las figuras 14 y 19, respectivamente. La figura 21 es una vista en perspectiva del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones con comportamiento ambidiestro de la modalidad adicional de la presente invención, la cual se muestra sujetando firmemente un objeto.

La figura 22 son fotografías de un manipulador robotico configurable accionado por medio de actuadores y tendones con comportamiento ambidiestro, construido de conformidad con la modalidad particularmente preferida de la presente invención. Fotografías: (22A) mano en reposo; (22B) mano flexionada 90° hacia atrás; y, (22C) mano flexíonada 90° hacia adelante. La figura 23 son fotografías del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro, de conformidad con la modalidad adicional de la presente invención, mostrándola de forma completa. De manera más específica, la fotografía 23A ilustra la vista dorsal como mano izquierda o palmar como mano derecha; mientras que la fotografía 23B ilustra la vista dorsal como mano derecha o palmar como mano izquierda.

La figura 24 son fotografías que ilustran el movimiento de los dedos de una mano humana interpretados por un sensor utilizado para transmitir dichos movimientos al manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones con comportamiento ambidiestro de la presente invención: Fotografías: (24A) mano en posición de reposo; (24B) dedo índice fiexionado; (24C) dedos (medio, anular y meñique) flexionados; y, (24D) dedo pulgar fiexionado.

La figura 25 son fotografías que ilustran distintas formas de prensión simuladas del manipulador robótico configurable accionado por medio de actuadores y tendones de la presente invención. Fotografías: (25A) forma de prensión en gancho; (25B) forma de prensión en puño; (25C) forma de prensión en pinza fina; y, (25D) forma de prensión en llave.

La figura 26 son fotografías que ilustran la forma de prensión en puño o cilindrica del manipulador robotico configurable con comportamiento ambidiestro, de la presente invención, utilizando un cilindro con agua.

La figura 27 son fotografias que ilustran la forma de prensión en gancho del manipulador robotico configurable con comportamiento ambidiestro de la presente invención, utilizando un casco de motociclista.

La figura 28 son fotografías que ilustran la forma de prensión en pinza fina del manipulador robotico configurable con comportamiento ambidiestro, de la presente invención, utilizando una memoria USB con dimensiones de 57 x 20 x 12 mm.

La figura 29 son fotografías que ilustran la forma de prensión en llave del manipulador robotico configurable con comportamiento ambidiestro, de la presente invención, utilizando un frasco con forma cilindrica de 2.5 cm de diámetro y 7,5 cm de altura.

La figura 30 son fotografías que ilustran el manipulador robotico configurable con comportamiento ambidiestro, de la presente invención sujetando independientemente diversos objetos de forma diferentes (esférica, cúbica, prismática rectangular). DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MOLDALDIDADES DE LA INVENCION Para el efecto de dar mayor claridad y comprensión a la descripción que se hace de un manipulador robótico conflgurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro en la presente invención, a continuación, se establece un glosario de términos que son utilizados durante dicha descripción:

Actuador: dispositivo que proporciona la fuerza necesaria para mover un cuerpo. Alambre muscular: es un alambre que se contrae cuando se calienta y es posible hacer que "recuerde" una forma en particular, contrario a lo que pasa con los metales. Está hecho de nitinol que es una aleación con memoria de forma también conocido como SMA (acrónimo en inglés de Shape Memory Alloy).

Antropometría: medición del cuerpo humano.

Antropomorfo: que tiene forma o apariencia humana.

Automatización fija: utilizada cuando el volumen de producción es muy alto y la variedad del producto es baja.

Cmerrsátsca: ciencia que trata el movimiento sin considerar las fuerzas que lo ocasionan.

Elector final: sistema que se encuentra en el extremo libre de la cadena de vínculos que conforman el manipulador.

Grados de Libertad: número de variables de posición independientes que tendrían que especificarse para poder localizar todas las piezas de un mecanismo.

Grados de Movilidad: indican la cantidad de articulaciones accionadas directamente por actuadores.

Gripper: dispositivo que permite sostener el objeto a ser manipulado, también conocido como pinza robótica.

Hiper: exceso o grado superior al normal. Manipulador: consiste de vínculos rígidos los cuales están conectados por articulaciones que permiten el movimiento relativo de los vínculos adyacentes,

Motricidad fina: habilidad para producir movimientos pequeños y precisos, como recoger un objeto con el dedo índice y el pulgar,

Motricidad gruesa: habilidad para realizar movimientos generales grandes, tales como agitar un brazo al saludar,

Muñón: parte de un miembro cortado que permanece adherida al cuerpo.

Prótesis: dispositivo externamente aplicado, usado para reemplazar completamente, o en parte, un segmento de la extremidad ausente o deficiente,

Robot: mecanismo programable accionado en dos o más ejes, con un grado de autonomía, que moviéndose dentro de su entorno realiza tareas previstas.

Robot de servicio: robot que realiza tareas útiles para los humanos o equipo, excluyendo aplicaciones de automatización industrial.

Sistema subactuado: sistema caracterizado por que el número de grados de movilidad es menor al de grados de libertad.

El estudio de la mano humana permitió el diseño y desarrollo del manipulador robótico configurable (100) que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro de la presente invención. Asimismo, su análisis permitió tener una idea acerca de cómo llevar un dispositivo tan complejo como lo es la mano humana en términos que puedan ser reproducidos en un efector final.

Tal como se ilustra en la figura 2 de los dibujos que se acompañan, la mano humana tiene 27 huesos (8 en el carpo, 5 metacarpos y las falanges), teniendo 26 grados de libertad 25 impulsados por cerca de 40 músculos. Cada dedo consiste de una falange próximal, media y distal, a excepción del pulgar que sólo posee próximal y distal, y está compuesto de tres principales articulaciones, a saber:

Articulación metacarpo falángica (MCP): une el metacarpo de cada dedo con su respectiva falange próximal.

Articulación interfalángica proximal (PIP): localizada entre las falanges media y próximal de cada dedo, exceptuando el pulgar que carece de falange media.

Articulación iníerfalángica distal (DIP): Ubicada entre las falanges media y distal de cada dedo. Para el caso del pulgar existe la articulación iníerfalángica 0P) que

conecta las falanges proximal y distal.

Las articulaciones de los dedos permiten realizar movimientos de flexión y extensión, pero solamente las falanges proximales exhiben aducción y abducción según sea el caso. El pulgar que es el que tiene la estructura más compleja se mueve a manera de flexión, extensión, aducción, abducción y oposición, tal como se ilustra en la figura 3 de los dibujos que se acompañan.

El movimiento de los dedos se debe a que tendones, conectados a las distintas falanges, son tensados por músculos presentes en el antebrazo (músculos extrínsecos) y dentro de la mano (músculos intrínsecos). Los dedos poseen elementos en forma de túnel llamados poleas por los que atraviesan los tendones flexores, permitiendo mantener al tendón en su lugar junto a los huesos. El pulgar, por ejemplo, es flexionado por músculos intrínsecos y extendido por músculos extrínsecos. Conocer los tipos de prensión que efectúa la mano es de suma importancia ya que combinadas cumplen con todos los movimientos realizados por ésta. Las formas básicas de prensión son las siguientes (ver figura 4 de los dibujos que se acompañan):

Prensión en pinza fina: los dedos pulgar e índice se encuentran opuestos para sujetar objetos pequeños como un tornillo,

Prensión con la punta de los dedos: también conocida corno prensión esférica, involucra el uso todos los dedos de ia mano.

Prensión en puño o cilindrica: sujeta los objetos con los dedos que poseen falange media y emplea el pulgar como apoyo.

Prensión en gancho: retiene los objetos con el brazo colgando y con todos los dedos exceptuando el pulgar,

Prensión en llave: sujeta los objetos con el dedo pulgar opuesto a la parte lateral del dedo índice.

Como se mencionó anteriormente, el estudio de la mano humana, aunado al conocimiento de los movimientos de los dedos y de los diferentes tipos de prensión, fue posible diseñar y desarrollar el manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro de la presente invención, de tal manera que el mismo sea lo más parecido posible en estructura y funcionalidad a la mano humana para que pueda ser aplicada en robots de forma humanoide, y mejor aún, pueda ser utilizada como prótesis para aquellas personas que por alguna razón sufren la falta de al menos una de sus manos, ya sea la izquierda o ia derecha, ya que, dicho manipulador robótico configurable (100), gracias a su comportamiento ambidiestro, puede ser utilizada indistintamente como cualquiera de las dos manos. Aunado a lo anterior, para el diseño y desarrollo del manipulador robotico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro se tomaron en cuenta los siguientes aspectos;

Debe ser capaz de tomar objetos de diferente forma, tamaño y peso, por ambos lados de la mano, ya sea como mano derecha o como mano izquierda;

Su mantenimiento, tanto preventivo como correctivo, debe llevarse a cabo de una manera sencilla y rápida;

Su ensamble debe poder ser realizado por una persona sin el uso de herramientas especiales;

Tiene que ser ligero: y,

No debe sobrecalentarse.

Ahora bien, haciendo referencia a las figuras 5 a 8 de los dibujos que se acompañan, en ellas se muestra el manipulador robotico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, que presenta funciones de una mano con comportamiento ambidiestro que se describe de conformidad con una modalidad particularmente preferida de la presente invención, la cual comprende: por lo menos un actuador (10) para proporcionar la fuerza necesaria para dar movimiento a por lo menos una extremidad o dedo (20) que se encuentra sujeto de manera preferiblemente removible al extremo superior de dicho actuador (10) a través de un soporte móvil giratorio (30); una base (1 1) se encuentra sujeta de manera preferiblemente removible al extremo inferior del actuador (10), la cual se encarga de mantenerlo fijo a otras partes del manipulador robotico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, ya sea a otro actuador (no mostrado en las figuras), o bien, a otro soporte móvil giratorio (no mostrado en las figuras), donde dicha base (1 1) constituye el punto de referencia estático sobre el que cambia de posición el por lo menos un dedo (20) a mover; y, un sistema de transmisión (40) que permite transmitir ia fuerza proporcionada por el al menos un actuador (10) hacia el por lo menos un dedo (20) para que éste pueda moverse.

Como se describe arriba, el actuador (10) es el encargado de transmitir la fuerza necesaria para mover el dedo (20), de tal manera que dicho actuador (10) se selecciona del grupo que comprende moto-reductores, motores a pasos, servomotores y alambre muscular, seleccionándose preferiblemente como actuadores a los servomotores debido a que tienen integrados parte de los elementos electrónicos necesarios para su funcionamiento, además de que cuentan con un sensor de temperatura interno, lo que resulta útil para cumplir con la especificación relacionada con la medición de temperatura. Dicho servomotor (10) se encuentra comercialmente disponible en el mercado de la robótica.

Asimismo, como también se describe arriba, el sistema de transmisión (40) es el encargado de transmitir o trasladar la fuerza proporcionada por el servomotor (10) al dedo (20) para que éste pueda moverse, de tal manera que dicho sistema de transmisión (40) se selecciona del grupo que comprende engranes, mecanismos de barras, cables y bandas, seleccionándose preferiblemente como sistema de transmisión a los cables. Dichos cables (40) tienen en el manipulador robótico configurable (100) ia misma función que tienen los tendones en ia mano humana, por lo que deben resistir la tensión ejercida por el servomotor (10), ser lo menos elásticos posible para evitar dañar tanto al dedo (20) como al soporte giratorio móvil (30), pudiéndose utilizar cables de material poürnérico o algún material compuesto.[A1] El dedo (20) está configurado preferiblemente por tres partes articuladas con movimiento entre sí, las cuales cumplen en el manipulador robótico configurable (100) la misma función que las falanges en la mano humana (ver figura 7), De dichas tres partes articuladas o falanges, una primera parte articulada o falange próximal (21 ) se encuentra fija al soporte móvil giratorio (30); una segunda parte articulada o falange media (22) está conectada a la falange próximal (21) a través de medios de flexión que permiten al dedo (20) doblarse y su posterior restauración, donde dichos medios de flexión son, pero no están limitados a, un resorte (24); y una tercera parte articulada o falange distal (23) que se encuentra conectada a la falange media (22) de la misma forma en que ésta última se encuentra conectada a la falange próximal (21). En dicha falange distal (23) es donde se fija uno de los extremos de cada tendón (40) cuya trayectoria pasa por dentro de las tres falanges próximal (21), media (22) y distal (23)). Asimismo, dichos tendones (40) cruzan sus trayectorias, tal como se muestra en la figura 6, rodeando una parte del servomotor (10) y su otro extremo es retenido en la base fija (11 ) a través de primeros medios de sujeción (12) que permiten regular su tensión, donde dichos primeros medios de sujeción (12) son, pero no están limitados a, tornillos.

Como se mencionó arriba, el soporte móvil giratorio (1 1) tiene la función de transferir el movimiento que proporciona el servomotor (10) hacia la falange próximal (21) del dedo (20), además de generar la tensión necesaria para flexionar las falanges media (22) y distal (23). Dicho soporte móvil giratorio (11 ) es una pieza disponible comercialmente bajo la marca Robotis ® KidsLab.

Las tres falanges (próximal (21), media (22) y distal (23)) están construidas preferiblemente de cualquier material que sea rígido y ligero, por ejemplo, algún tipo de polímero que se selecciona del grupo que comprende polietileno reticuiado (PEX), policloruro de vinilo (PVC), policioruro de viniio clorado (CPVC), polipropiieno random (PPR), polietiíeno de alta densidad (HDPE); utilizándose preferiblemente fragmentos de tubería de polietiíeno reticulado recubiertos con un material que aumenta la fricción entre las falanges y Sos objetos a manipular, tal como goma o silicón,

El resorte (24) puede ser construido de cualquier material flexible que permita flexionar y extender completamente el dedo (20) y que tenga la característica de regresar a su posición originai, independientemente del tiempo al que haya sido sometido a flexión, y dicho material se selecciona del grupo que comprende süicón, hule y plástico (goma) flexible, j[A2]seleccíonándose preferiblemente manguera de goma flexible insertada dentro de las falanges (21 , 22 y 23), con reducciones de área entre éstas, las cuales están hechas mediante grapas metálicas, asegurando de esta manera que el dedo (20) se pueda flexionar hacia ambos lados (al frente y atrás). A fin de fijar el por lo menos un dedo (20) al por lo menos un actuador, se inserta un tapón (no mostrado en las figuras) en la parte interior e inferior de la primera falange o falange próximal (21 ), el cual incluye tres agujeros en el fondo, uno de ellos al centro y los otros dos a cada uno de los lados de dicho agujero central, de tal manera que por el agujero central se hace pasar un tornillo para fijar el por io menos un dedo (20) a la base móvil giratoria (30), mientras que por los agujeros laterales se hacen pasar los hilos o tendones (40).

Para realizar el movimiento angular por parte del servomotor (10), el soporte móvil giratorio (30) gira de manera conjunta con la falange próximal (21 ) manteniendo su posición relativa. De manera simultánea, el tendón (40) respectivo del lado al que se quiere girar el dedo (20) se adapta al contorno del servomotor (10) ejerciendo tensión sobre las falanges medía (22) y distal (23), permitiendo que el dedo (20) se fiexione. Cuando el servomotor (10) gira a su posición inicial o de descanso, el resorte (24) permite que la faiange media (22) y la distal (23), así como los respectivos tendones (40), regresen también a su posición inicial, tal como se ilustra en ia figura 8 en la que se puede apreciar que dicho dedo (20) puede fiexionarse desde 0° hasta 100°, preferiblemente 90° con respecto a su posición de descanso, ¡[A3]haciéndolo hacia a cualquiera de los lados.

En las figuras 9 y 10 de los dibujos que se acompañan, se ilustra un manipulador robótico configurable (100) que se describe de conformidad con una modalidad adicional de la presente invención, ia cual comprende: cuatro servomotores dispuestos en un arreglo que configura ia base o estructura (100A) de dicho manipulador robótico configurable (100) semejando el dorso (comportamiento de mano derecha) o la palma (comportamiento de mano izquierda), de dichos cuatro servomotores un primer servomotor (101) se localiza dispuesto horizontalmente abarcando la mitad inferior de dicha base o estructura (100A), un segundo servomotor (102) se localiza de manera adyacente a un tercer servomotor (103) y ambos se encuentran dispuestos verticalmente y sujetos de manera preferiblemente removible al extremo superior del primer servomotor (101 ) formando la mitad superior de ia estructura (100A), y un cuarto servomotor (104) se encuentra sujeto de manera preferiblemente removible al extremo libre del primer servomotor (101) por medio de un primer soporte móvil giratorio (130); dichos cuatro servomotores proporcionan la fuerza necesaria para dar movimiento a una pluralidad de extremidades (120) que semejan los dedos de la mano humana, de tal manera que un primer dedo o dedo pulgar (121) (también conocido como dedo gordo) se encuentra sujeto de manera preferiblemente removible al cuarto servomotor (104), un segundo dedo o dedo índice (122) y un tercer dedo o dedo medio (123) se encuentran sujetos de manera preferiblemente removible al extremo superior del tercer servomotor (103), un cuarto dedo o dedo anular (124) y un quinto dedo o dedo meñique (125) se encuentran sujetos de manera preferiblemente removible al extremo superior del segundo servomotor (102); y, un soporte conector o socket (140) se encuentra sujeto de manera preferiblemente removible al extremo inferior del primer servomotor (101 ), el cual puede ser adaptado a un brazo robótico|A4]

En el arreglo de cinco dedos (120) del manipulador robótico configurable (100), el primero (101 ) y cuarto (104) servomotores proporcionan el movimiento al primer dedo o dedo pulgar (121), de tal manera que con el primer servomotor (101) se realiza el movimiento de oposición hacia ambos lados (al frente y atrás) de la mano, mientras que con el cuarto servomotor (104) se realizan los movimientos de flexión y extensión. El tercer servomotor (103) proporciona los movimientos de flexión y extensión preferiblemente del segundo dedo o dedo índice. Finalmente, el segundo servomotor (102) provee el movimiento a los dedos tercero o medio (123), cuarto o anular (124) y quinto o meñique (125). Como puede verse de lo anterior, tanto el dedo pulgar (121) como el dedo índice (122) se mueven de manera independiente del resto de los otros dedos (123, 124 y 125), éstos últimos moviéndose simultáneamente.

La configuración y estructura de los cinco dedos (120) del manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones es igual a la que se describió párrafos arriba para el dedo (20) de dicho manipulador robótico configurable (100). De igual manera el movimiento de los dedos (120) es transferido de los servomotores hacía los dedos por medio del cable (24) que hace la función de los tendones en la mano humana. El dedo pulgar (121) únicamente cuenta con las falanges próximal (21 ) y distal (23). De igual manera, las longitudes de los dedos (120) es diferente entre sí, de tal manera que dichos dedos (120) se asemejen lo más posible a los dedos de la mano humana. El resorte (24) puede ser construido de cualquier material fiexíble que permita fiexionar y extender completamente los cinco dedos (120) y que tenga la característica de regresar a su posición original, independientemente del tiempo al que haya sido sometido a flexión, y dicho material se selecciona del grupo que comprende siiieón, plástico (goma) flexible y hule, seleccionándose preferiblemente manguera de goma flexible insertada dentro de las falanges (21 , 22 y 23), con reducciones de área entre éstas hechas mediante grapas metálicas. De esta manera se asegura que el dedo (20) se pueda fiexionar hacia ambos lados (al frente y hacia atrás), dándole la característica al manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones de tener articulaciones hipermóviles.

Ahora bien, en las figuras 1 1 a 20 de los dibujos que se acompañan se ilustra la base estructura (100A) del manipulador robótico configurable (100), así como los diferentes ensambles que la configuran, en donde, como se mencionó anteriormente, está configurada por los cuatro servomotores (101 , 102, 103 y 104) que para ser ensambiados entre si y configurar dicha base o estructura (100A) cada uno de ellos incluyen segundos soportes móviles giratorios (131 ) que se encuentran sujetos de manera preferiblemente removible al extremo superior de dichos cuatro servomotores (101 , 102, 103 y 104) a través de medios de sujeción (132) conformados por, pero no limitados a, tornillos, tuercas, arandelas y bujes. Los dedos se fijan a dichos segundos soportes móviles giratorios (131), de tal manera que al girar éstos lo hacen conjuntamente con el dedo o dedos que se fijan a ellos. En este contexto, el segundo soporte móvil giratorio (131) que está unido al tercer servomotor (103) se parte a lo largo en mitades a fin de independizar el movimiento de los dedos índice (122) y medio (123), esto es, el dedo índice (122) se fija a una de las mitades (131 ') que a su vez se fija al tercer servomotor (103), mientras que el dedo medio (123) se fija a la otra mitad (131 ") que a su vez se fija al segundo servomotor (102) que, como se mencionó anteriormente, mueve simultáneamente a los dedos medio (123), anular (124) y meñique (125).

En la figura 13 se ilustra el ensamble básico (100B) de uno (cualesquiera) de los servomotores con el segundo soporte móvil giratorio (131), sujetándolo con los medios de sujeción (132).

En la figura 14 se ilustra el, ensamble (100C) del primer servomotor (101 ) que proporciona los movimientos de oposición hacia ambos lados (adelante y atrás) del manipulador robótico configurable (100), en donde dicho ensamble (100C) adicionalmente incluye una primera base (133) para fijar sobre de ella al segundo (102) servomotor, y una segunda base (134) para fijar sobre de ella al tercer servomotor (103). A dicho ensamble (100C) se une también el soporte conector (140). Dichas uniones se hacen utilizando los medios de sujeción (132) que, como se mencionó anteriormente, están conformados por, pero no limitados a, tornillos, tuercas, arandelas y bujes.

En la figura 15 se ilustra el ensamble (100D) del segundo servomotor (102) que proporciona los movimientos de flexión y extensión a los dedos medio (103), anular (104) y meñique (105). Como se puede apreciar, además del segundo soporte móvil giratorio (131 ) que va a sujetar y mover a los dedos anular (104) y meñique (105), se une también una de las mitades (131 ") que va a sujetar y mover al dedo medio (103) utilizando los medios de sujeción (132). En ia figura 18 se ilustra la unión del ensamble (100C) con el ensamble (100D) ilustrados en las figuras 14 y 15, respectivamente.

En la figura 17 se ilustra el ensamble (100E) del tercer servomotor (103) que proporciona los movimientos de flexión y extensión al dedo índice (102), donde dicho ensamble (100E) incluye una de las mitades (131') del soporte móvil giratorio que va a sujetar y mover a dicho dedo índice (102).

En la figura 18 se ilustra ia unión de los ensambles (100C) y (100D) con el ensamble (100E) ilustrados en las figuras 18 y 17, respectivamente.

En la figura 19 se ilustra el ensamble (100F) del cuarto servomotor (104) que proporciona los movimientos de flexión y extensión al dedo pulgar (101 ), el cual incluye una tercera base (135) para sujetar dicho cuarto servomotor (104) al extremo libre del primer servomotor (101), y una cuarta base para sujetar el dedo pulgar (101) a dicho cuarto servomotor (104), en donde las uniones se hacen utilizando los medios de sujeción (132).

En la figura 20 se ilustra ia unión del ensamble (100C) que proporciona los movimientos de oposición al dedo pulgar (101) con el ensamble (100F) que proporciona los movimientos de flexión y extensión a dicho dedo pulgar (101), los cuales se encuentran ilustrados en las figuras 14 y 19, respectivamente.

Enla figura 21 de los dibujos que se acompañan se ilustra el manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro sujetando firmemente un objeto (200). En la figura 22 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías del manipulador robótico configurable (100) manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro, construido de conformidad con la modalidad particularmente preferida de la presente invención. De manera más específica, ias fotografías: (22A) ilustra la mano en reposo; (22B) ilustra mano flexionada 90° hacia atrás; y, (22C) ilustra la mano flexionada 90° hacia adelante.

En la figura 23 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías del manipulador robótico configurable (100) manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de conformidad con ia modalidad adicional dela presente invención, mostrándola de forma completa. De manera más específica, la fotografía 23A ilustra la vista dorsal como mano izquierda o palmar como mano derecha; mientras que la fotografía 23B ilustra la vista dorsal como mano derecha o palmar como mano izquierda.

En la figura 24 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando el movimiento de los dedos de una mano humana interpretados por un sensor utilizado para transmitir dichos movimientos al manipulador robótico configurable (100) manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de la presente invención. De manera más específica, las fotografías: (24A) ilustran la mano en posición de reposo; (24B) ilustra el dedo índice flexionado; (24C) ilustra los dedos (medio (103), anular (104) y meñique (105)) flexionados; y, (24D) ilustra el dedo pulgar (101) flexionado. En la figura 25 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando distintas formas de prensión simuladas por el manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de la presente invención. Específicamente, las fotografías: (25A) ilustra la forma de prensión en gancho; (25B) Ilustra la forma de prensión en puño; (25C) ilustra la forma de prensión en pinza fina; y, (25D) ilustra la forma de prensión en llave,

En la figura 26 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando ia forma de prensión en puño o ciiíndrica del manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro, utilizando un cilindro con agua.

En la figura 27 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando la forma de prensión en gancho del manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de ia presente invención, utilizando un casco de motociclista.

En la figura 28 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando ia forma de prensión en pinza fina del manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de ia presente invención, utilizando una memoria USB con dimensiones de 57 x 20 x 12 mm.

En ia figura 29 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando ia forma de prensión en llave del manipulador robótico configurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de la presente invención, utilizando un frasco con forma cilindrica de 2.5 cm de diámetro y 7.5 cm de altura. En la figura 30 de los dibujos que se acompañan se ilustran fotografías mostrando el manipulador robótico coníigurable (100) accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro de la presente invención sujetando independientemente diversos objetos de forma diferentes (esférica, cúbica, prismática rectangular).

Aun cuando en la anterior descripción se ha hecho referencia a ciertas modalidades del manipulador robótico coníigurable accionado por medio de actuadores y tendones, con comportamiento ambidiestro, es posible que, basándose en la descripción arriba realizada, se puedan desarrollar otras modalidades que no fueron aquí descritas. Por lo tanto, debe hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a dichas ciertas modalidades, pero sin apartarse del verdadero alcance de la presente invención, tales como modificar el tipo y número de actuadores, modificar el sistema de transmisión, modificar la estructura del manipulador, entre muchas otras modificaciones. Por lo tanto, la presente invención no debe ser restringida excepto por ío establecido en el estado de la técnica, así como por las reivindicaciones anexas.