Control vectorial de motor BLDC para simulador de inserción de agujas hipodérmicas

En la actualidad, el personal sanitario se enfrenta a un problema creciente, la falta de cadáveres para poder practicar procedimientos médicos. A través de estos, les es posible entrenarse para poder hacer frente a futuros procedimientos en los que se requiera un mínimo error. Entre los diversos procedimientos en los que es necesaria una elevada precisión, pueden encontrarse aquellos en los que es necesaria la inserción de agujas hipodérmicas para insertar o extraer líquidos. Para ello se debe tener en cuenta la fuerza que se está aplicando y de esta forma saber en qué zona del tejido se encuentran y así minimizar los errores. Gracias a los avances en la robótica médica, es posible crear simuladores que les permitan entrenarse sin necesidad de recurrir a tejidos reales. Estos mecanismos suponen grandes ventajas en la sociedad, mejorando así la calidad de vida de sus pacientes. Para desarrollar estos simuladores en necesario una interfaz háptica movida por motores que les permitan recrear los diferentes movimientos y obtener el feedback necesario. Este proyecto tiene como objetivo el control en par de un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) para poder implementarlo en un simulador médico ya existente. Mediante el control el par o corriente, es posible recrear las diferentes fuerzas obtenidas en el procedimiento médico. Cabe destacar que estos motores son conmutados electrónicamente y pertenecen a la familia de motores síncronos. Mediante el conmutador electrónicos pueden controlarse con precisión, permitiendo ajustar la velocidad y posición del rotor. Para este proyecto es necesario el control en corriente, pero se han llevado a cabo tres modos de funcionamiento, en los que varía la variable de referencia introducida. Esta puede ser tensión, corriente o velocidad de giro. Para esto, primero es necesario el modelado del motor y así conocer los parámetros de este. De esta manera, es más sencillo el cálculo e implementación del controlador. A continuación, se debe implementar el algoritmo de control vectorial cuyo principio de funcionamiento se basa en la transformación del sistema trifásico estacionario formado por las corrientes del estator IA , IB, IC en un sistema bifásico rotatorio representado en el plano imaginario d,q y que gira a una frecuencia síncrona. Dicha rotación consiste en maximizar la fuerza Q de cuadratura y minimizar la fuerza directa D. Tras la implementación del mecanismo de control, se comprueba a través de simulación la respuesta de este antes diferentes señales de entrada en los tres modos de funcionamiento. A continuación, se puede observar los resultados obtenido para el control en corriente. Una vez se ha comprobado esto, se procede a la programación del mecanismo de control desde Simulink hacia la placa de desarrollo MCLV-2 encargada de controlar el motor. En la siguiente ilustración se observa el montaje llevado a cabo. Finalmente, se han llevado a cabo diversas pruebas para comprobar el par obtenido en el eje, obteniendo un error entre el 20-30%. Igualmente, se ha estudiado el comportamiento ante diversas referencias. A continuación, se observa la relación entre ambos pares. Además, debido a las posibles vibraciones o perturbaciones que puedan presentarse en el funcionamiento en el simulador, se ha estudiado su capacidad para absorber las perturbaciones y permanecer en su posición. Una vez se ha comprobado la validez del mecanismo de control desarrollado, el siguiente paso sería su implementación en el simulador médico para inserción de agujas. Este trabajo está desarrollado en un proyecto desde el INSA Lyon y debido a la variable del tiempo, no se ha podido implementar ya que el citado simulador no fue acabado a tiempo. Esto se realizará en los siguientes meses. Este trabajo ofrece la posibilidad de su implementación en otros simuladores para ampliar la oferta de procedimientos médicos para entrenar a futuros cirujanos. De igual manera, el control llevado a cabo está abierto a futuras mejoras para conseguir un control mucho más preciso y movimientos más fluidos. Finalmente, el campo de la robótica médica y simuladores sigue en continua investigación y pueden surgir diversos métodos más avanzados y complejos