Desarrollo de un prototipo de muñeca articulada para una mano robótica utilizando un manipulador paralelo esférico coaxial rrr.

Abstract

Se presenta el desarrollo de un prototipo de muñeca articulada para una mano robótica, basado en un manipulador paralelo esférico coaxial tipo RRR. El objetivo es desarrollar, analizar y validar un sistema capaz de reproducir los movimientos de flexión-extensión, abducción-aducción y prono-supinación. El trabajo integra el diseño, construcción y modelado cinemático del sistema, desde la concepción hasta la verificación experimental, incluyendo un estudio del espacio de trabajo y del espacio de configuración. La cinemática de posición se resuelve mediante ecuaciones de cierre vectorial, mientras que el análisis de velocidad y aceleración se aborda con la teoría de tornillos, aplicando reciprocidad y la forma de Klein para simplificar los modelos y eliminar contribuciones de las juntas pasivas. Con base en estas formulaciones, se desarrolló el modelo teórico del manipulador y se validó mediante simulación y experimentación. El prototipo se construyó físicamente a partir del diseño en SolidWorks, considerando la fabricación y el ensamblaje de piezas. El modelo fue exportado a MATLAB/Simulink e integrado en Simscape Multibody para evaluar su comportamiento, mientras que CoppeliaSim permitió caracterizar el espacio de trabajo, descartando configuraciones cercanas a singularidades o colisiones.Para la validación experimental, se desarrolló una GUI en Simulink que facilitó la adquisición, procesamiento y comparación de datos con los resultados teóricos. La validación mostró errores inferiores al 0.02 % en simulación y coeficientes de correlación superiores a 0.95 en experimentación, demostrando la precisión del modelo, la efectividad del diseño y construcción, así como la viabilidad del prototipo como mecanismo de muñeca.