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Previous issue date: 2015-08-28 / This work is based on studies that prove a great rejection rate by amputees on using
prosthetic upper limbs due to various problems, such as weight, high noise and lack of
anthropomorphism. In this context, this paper presents the development of a robotic
hand drive which is not realized by conventional actuators, constituted of wires of a
shape memory alloy (SMA). The mechanical structure of the robot hand was designed
in CAD software and subsequently manufactured with ABS polymer through rapid
prototyping using a three-dimensional printer. The project was designed partially based
on the physiological characteristics of the human hand, regarding especially to the
angles formed by fingers’ phalanges. A mechanical system was developed in order to
compactly accommodate the thin wires of a NiTi SMA, known in this work as Artificial
Muscle (AM) which made the compression of SMA wires easier. The performance
(operation) of the fingers occurs by the AM activation that are connected to cables
arranged in the lower part of the fingers’ structure, which, when activated, perform the
movement of flexion. The return of each phalanx, or extension movement of the fingers
occurs passively. Elastic elements were installed in the upper part of the phalanges
which are responsible for this movement. To monitor the angles formed by each
phalanx was used a resistive type sensor that is inserted inside it, varying its electric
resistance according to angle variation. On top of this system, a fuzzy logic based
controller was developed and it proved to be effective on monitoring the position of the
robotic hand’s fingers. The performance of the robot hand can be considered
appropriate, as it could partially achieve the desired angles based on the project design. / Este trabalho está fundamentado em estudos que comprovam o grande índice de
rejeição por parte de pessoas amputadas ao utilizarem próteses de membros superiores
devido a problemas diversos, tais como: peso, ruído elevado e falta de
antropomorfismo. Nesse contexto, neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de
uma mão robótica cujo acionamento é realizado por atuadores não convencionais,
constituídos de fios de uma Liga com Memória de Forma (LMF). A estrutura mecânica
da mão robótica foi projetada em programa computacional CAD e posteriormente
fabricada em polímero ABS por meio de prototipagem rápida usando uma impressora
tridimensional. O projeto foi concebido parcialmente com base nas características
fisiológicas da mão humana, no que diz respeito principalmente aos ângulos formados
pelas falanges dos dedos. Foi desenvolvido um sistema mecânico para acondicionar os
fios finos de uma LMF de Ni-Ti de forma compacta denominado neste trabalho por
Músculo Artificial (MA) o que facilitou a compactação dos fios de LMF. A atuação dos
dedos ocorre pela ativação dos MA que estão conectados a cabos dispostos na parte
inferior da estrutura dos dedos, os quais, ao serem ativados, realizam o movimento de
flexão. O retorno de cada falange, ou seja, movimento de extensão dos dedos, ocorre de
forma passiva. Foram instalados na parte superior das falanges elementos elásticos que
são responsáveis por este movimento. Para monitorar os ângulos formados por cada
falange foi utilizado um sensor do tipo resistivo que fica inserido dentro das falanges,
variando sua resistência elétrica de acordo com a variação dos ângulos. Somado a este
sistema, foi desenvolvido um controlador baseado em lógica fuzzy que se mostrou
eficiente no monitoramento da posição dos dedos da mão robótica. Verificou-se que o
desempenho da mão robótica pode ser considerado adequado, pois conseguiu atingir
parcialmente os ângulos desejados de projeto.Este trabalho está fundamentado em estudos que comprovam o grande índice de
rejeição por parte de pessoas amputadas ao utilizarem próteses de membros superiores
devido a problemas diversos, tais como: peso, ruído elevado e falta de
antropomorfismo. Nesse contexto, neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de
uma mão robótica cujo acionamento é realizado por atuadores não convencionais,
constituídos de fios de uma Liga com Memória de Forma (LMF). A estrutura mecânica
da mão robótica foi projetada em programa computacional CAD e posteriormente
fabricada em polímero ABS por meio de prototipagem rápida usando uma impressora
tridimensional. O projeto foi concebido parcialmente com base nas características
fisiológicas da mão humana, no que diz respeito principalmente aos ângulos formados
pelas falanges dos dedos. Foi desenvolvido um sistema mecânico para acondicionar os
fios finos de uma LMF de Ni-Ti de forma compacta denominado neste trabalho por
Músculo Artificial (MA) o que facilitou a compactação dos fios de LMF. A atuação dos
dedos ocorre pela ativação dos MA que estão conectados a cabos dispostos na parte
inferior da estrutura dos dedos, os quais, ao serem ativados, realizam o movimento de
flexão. O retorno de cada falange, ou seja, movimento de extensão dos dedos, ocorre de
forma passiva. Foram instalados na parte superior das falanges elementos elásticos que
são responsáveis por este movimento. Para monitorar os ângulos formados por cada
falange foi utilizado um sensor do tipo resistivo que fica inserido dentro das falanges,
variando sua resistência elétrica de acordo com a variação dos ângulos. Somado a este
sistema, foi desenvolvido um controlador baseado em lógica fuzzy que se mostrou
eficiente no monitoramento da posição dos dedos da mão robótica. Verificou-se que o
desempenho da mão robótica pode ser considerado adequado, pois conseguiu atingir
parcialmente os ângulos desejados de projeto.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/8966 |
| Date | 28 August 2015 |
| Creators | Silva, André Felipe Cavalcante |
| Contributors | Silva, Simplício Arnaud da, Souto, Cícero da Rocha |
| Publisher | Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFPB, Brasil, Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB, instname:Universidade Federal da Paraíba, instacron:UFPB |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 3562149281793654633, 600, 600, 600, 5792267035407506340, -6956026795191561793 |
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