Diseño y Caracterización de un Protótipo de Músculo Neumático Mckibben con un Transductor de Longitud Capacitivo Integrado
Autores: Antonelli, Michele Gabrio; Beomonte Zobel, Pierluigi; De Marcellis, Andrea; Palange, Elia
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Músculo mckibben
Actuadores neumáticos
Aplicaciones robóticas
Transductores de presión
Transductor capacitivo de longitud
Elongación del músculo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Los tipos de músculos McKibben son actuadores neumáticos conocidos por ser intrínsecamente seguros debido a su alta relación potencia-peso. Por estas razones, son adecuados para aplicaciones robóticas, biomecánicas y médicas. En estos campos de aplicación y, sobre todo, en la robótica colaborativa, donde se debe garantizar la seguridad en las interacciones humano-robot, los valores de presión, fuerza y longitud son necesarios y deben ser monitoreados y controlados continuamente. Los transductores de fuerza y presión están disponibles comercialmente para ser integrados en un tipo de músculo McKibben. Por el contrario, no se pueden adoptar transductores de longitud comercial. Este trabajo presenta un nuevo prototipo de músculo McKibben con un transductor de longitud capacitivo integrado. Este último es un capacitor cilíndrico hecho de un sistema telescópico compuesto por dos tubos: uno de sus extremos está conectado al músculo. Un cambio en la longitud del músculo provoca un cambio proporcional en la capacitancia del transductor. El documento informa en detalle sobre el principio de funcionamiento del músculo McKibben, su fabricación, caracterización y validación de cuatro prototipos de transductores capacitivos. Los resultados obtenidos de las actividades experimentales demuestran que es posible controlar las variaciones de la longitud del músculo en relación con su elongación y compresión para valores inferiores a 1 mm. Esta es la consecuencia de la capacidad de medir la capacitancia del transductor con una indeterminación relativa estadística típica mejor que el 0.25%, que es una cifra de mérito para la fiabilidad y estabilidad mecánica y eléctrica del prototipo de músculo McKibben propuesto. Además, se ha demostrado que la capacitancia del transductor en función de la longitud del músculo es lineal, con desviaciones máximas de la linealidad iguales al 2.44% y 5.22% durante la elongación y compresión del músculo, respectivamente.
Descripción
Los tipos de músculos McKibben son actuadores neumáticos conocidos por ser intrínsecamente seguros debido a su alta relación potencia-peso. Por estas razones, son adecuados para aplicaciones robóticas, biomecánicas y médicas. En estos campos de aplicación y, sobre todo, en la robótica colaborativa, donde se debe garantizar la seguridad en las interacciones humano-robot, los valores de presión, fuerza y longitud son necesarios y deben ser monitoreados y controlados continuamente. Los transductores de fuerza y presión están disponibles comercialmente para ser integrados en un tipo de músculo McKibben. Por el contrario, no se pueden adoptar transductores de longitud comercial. Este trabajo presenta un nuevo prototipo de músculo McKibben con un transductor de longitud capacitivo integrado. Este último es un capacitor cilíndrico hecho de un sistema telescópico compuesto por dos tubos: uno de sus extremos está conectado al músculo. Un cambio en la longitud del músculo provoca un cambio proporcional en la capacitancia del transductor. El documento informa en detalle sobre el principio de funcionamiento del músculo McKibben, su fabricación, caracterización y validación de cuatro prototipos de transductores capacitivos. Los resultados obtenidos de las actividades experimentales demuestran que es posible controlar las variaciones de la longitud del músculo en relación con su elongación y compresión para valores inferiores a 1 mm. Esta es la consecuencia de la capacidad de medir la capacitancia del transductor con una indeterminación relativa estadística típica mejor que el 0.25%, que es una cifra de mérito para la fiabilidad y estabilidad mecánica y eléctrica del prototipo de músculo McKibben propuesto. Además, se ha demostrado que la capacitancia del transductor en función de la longitud del músculo es lineal, con desviaciones máximas de la linealidad iguales al 2.44% y 5.22% durante la elongación y compresión del músculo, respectivamente.