Prótesis mano Andres Felipe

Jefe de proyecto

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Andres Felipe fuentes

Presentacion

Este proyecto tiene como objetivo principal, diseñar y construir una prótesis mioeléctrica para el joven Andrés Felipe de 22 años quien presenta una anomalía congénita en su brazo derecho, lo cual limita algunos de los movimientos generados por la cadena muscular anterior del brazo. En particular, se ve limitado el movimiento de pronación y supinación del antebrazo, así como el rango de movilidad del dedo pulgar y la muñeca. Es importante resaltar que el dedo pulgar es el único dedo presente en la mano, sin embargo, junto con Andrés Felipe se decidió diseñar una prótesis que tenga todos los dedos de la mano.

Desarrolladores

Maker	Foto
Sergio Quintero

Maker	Foto
Felipe Gomez Jasbon

Maker	Foto
Alex

Recursos

Los recursos humanos y materiales necesarios para el diseño y construcción de la prótesis son:

• Estudiante de Ingeniería Mecatrónica 4 horas x semana
• Estudiante de Ingeniería Mecánica 4 horas x semana
• Estudiante de Ingeniería Electrónica 4 horas x semana

Materiales:

• TPU
• PLA
• Software de diseño "Inventor"
• Cañamo
• Servomotores
• Sensor mioeléctrico
• Componentes electrónicos básicos
• Baterías de litio

Diseño y planos

• El primer prototipo se basó en el diseño presentado a continuación: https://www.thingiverse.com/thing:3866684
• El segundo prototipo es un diseño nuevo el cual se puede encontrar en:

Etapas

Evaluación Antropométrica

Se llevó a cabo la toma de medidas del beneficiario; en este procedimiento se tomaron tanto medidas directas (Por medio del formato) como indirectas (Por medio de fotografías y scanner 3D).

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  medidas fisicas

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  Vista frontal

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  Vista Superior

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  Escaneo 3D

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  Escaneo en STL

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  formato

Diseño de la prótesis

Inicialmente se había planteado realizar una prótesis mecánica; pero debido a que la movilidad de la muñeca es muy reducida como para poder utilizar correctamente éste tipo de prótesis se optó por una mioeléctrica. Para el diseño de la prótesis, se utilizó el software Autodesk Inventor y empleando el archivo del scanner 3d, logramos verificar que las dimensiones de la prótesis con correctas, ya que la extremidad del beneficiario alcanza a entrar en su prótesis.

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  Vista previa de protesis

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  Simulación para ajuste ergonómico

Sistema Mecánico

13/11/2019

Esta prótesis utilizara actuadores tipo servo de los utilizados en autos de RC, estos motores flexionaran los dedos por medio de hilos que se enrollan sobre poleas cuando los motores se activan, el movimiento de los dedos se reduce a un desplazamiento lineal menor a 4cm de longitud en los hilos, que es el rango entre dedos extendidos y completamente contraidos, al utilizar motores de este tipo se debe diseñar una polea compatible con el mismo teniendo en cuenta que la mitad de la circunferencia sea igual al desplazamiento del dedo, esto se debe a que el servo tiene un giro controlable de 0 a 180 grados como se muestra en la siguiente imagen.

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  Diseño de polea

Sistema Electrónico

13/11/2019

Esta prótesis es mioeléctrica esto significa que utiliza los biopotenciales generados por la actividad muscular de la extremidad para activar motores que ejecutan movimientos en la prótesis, se utiliza un sensor electromiografico Myoware que amplifica y entrega filtrada la señal electromiografica del musculo donde este se posiciona, esta señal puede ser muestreada analogamente por un microcontrolador Arduino Nano con resolucion de 8 bit (1023 muestras), con este rango de sensibilidad podemos utilizar filtros de nivel de señal para controlar y posicionar los servos SG90.

En la primera imagen de esta etapa se pueden apreciar los componentes necesarios para construir el circuito electrónico (segunda imagen), en la tercera encontramos el pinout del sensor que se conecta al pin A0 del arduino como se muestra en la imagen 4, Se debe tener en cuenta que la posicion del sensor sobre el musculo puede cambiar la señal por lo que se recomienda al beneficiario conservar siempre la misma posición (imagen 5) para que la prótesis trabaje de manera normal. En la imagen 5 se muestra el diagrama de flujo del programa utilizado en el Arduino Nano, el programa basicamente toma datos de un pin análogo y ejecuta diferentes movimientos en los motores dependiendo del nivel de señal de entrada, en el siguiente link se encuentra el codigo base para que el circuito controle dos servos con la señal de un sensor.

Codigo para Arduino Nano: Código Protesis Andres Felipe

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  Componentes Electrónicos

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  Circuito Electrónico

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  Pinout Sensor Myoware

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  Conexión Myoware-Arduino

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  Posicion de Electrodos

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  Diagrama de Flujo programa

Impresión 3D

El primer modelo de la prótesis fue impreso en la Universidad Católica (Brazalete) y en las instalaciones de la Fundación Materialización 3D (Mano y dedos). A pesar de que el socket de este modelo cumplía con las dimensiones requeridas para poder ser utilizada por Andres Felipe, el tamaño de la prótesis era demasiado grande al compararlo con la mano izquierda de Andres.

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  Primer modelo

Para solucionar el sobre-dimensionamiento de la prótesis se realizó un modelo diferente en el cual la mano era más pequeña pero el espacio socket era más amplio. Esta vez todas las piezas fueron impresas en la Fundación Materialización 3D obteniendo así el siguiente modelo.

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  Segundo modelo vista superior

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  Segundo modelo vista lateral

Acabado superficial y Ensamble

Para mejorar el acabado superficial del segundo modelo, se lijó la parte externa de las piezas con una pulidora y lijas de calibre 100, 300, 500 y 1000. Para el movimiento de los dedos se amarró cáñamo a cada uno de los dedos para ser posteriormente amarrados a la polea del servomotor. El ensamble entre la mano y el brazalete de la prótesis se hizo utilizando un juego de tornillos con agujero roscado

Validación y rediseño

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  Validación tamaño del Socket

Reportes y TS

Febrero 2020

Sábado 8 de Febrero	Descripción	Tiempo	TS
Felipe Gomez Jasbon	Modelado antebrazo	4 Horas	12 TS
Sergio Quintero	Modelado antebrazo	2 Horas	6 TS

Enero 2020

Martes 28 de Enero	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Presentación primer prototipo, segunda toma de medidas y escaneo 3D	1 Horas	3 TS

Sabado 25 de Enero	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Presentación proyecto nuevos miembros y finalización ensamble primer prototipo	4 Horas	12 TS
Felipe Gomez Jasbon	Finalización ensamble primer prototipo	3 Horas	9 TS
Alex	Finalización ensamble primer prototipo	3 Horas	9 TS

Diciembre 2019

Miércoles 18 de Diciembre	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Electrónica y ensamble	4 Horas	12 TS

Miércoles 11 de Diciembre	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Modelado, impresión electrónica	4 Horas	12 TS

Martes 10 de Diciembre	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Modelado, impresión electrónica	4 Horas	12 TS

Noviembre 2019

Jueves 14 de Noviembre	Descripción	Tiempo	TS
Sergio Quintero	Impresión y ensamble prótesis - Evento city	7 Horas	21 TS

Miercoles 13 de Noviembre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Documentación Sistema Mecánico y Sistema Electrónico	6 Horas	18TS
Sergio Quintero	Impresión y ensamble prótesis	8 Horas	24 TS

Viernes 8 de Noviembre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Taller de construcción de protesis con estudiantes de la U Católica	2 Horas	6 TS

Septiembre 2019

lunes 9 de septiembre	Descripción	Tiempo	TS
defigueredor	xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx	x Horas	x TS

Agosto 2019

viernes 30 de agosto	Descripción	Tiempo	TS
miguel duran	ayudar a las tomas de medidas	3 Horas	9 TS
luna	ayudar a las tomas de medidas	3 Horas	9 TS
jeff	ayudar a las tomas de medidas	3 Horas	9 TS