Exoesqueleto Julian

Jefe de proyecto

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Castillo Angela		English Francais Español

Desarrolladores

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Daniela Arboleda

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Bustos Fabian

Presentacion

Julian Castillo es un niño de 11 años y habita en la ciudad de Bogota, en el pasado ha sido beneficiario de la fundación con una protesis mecanica personalizada con motivo del superheroe Batman, ha utilizado tambien un exoesqueleto desarrollado por su tía Angela en compañía de la fundación M3D. En este proyecto se desarrollará una prótesis mioeléctrica para su brazo derecho, la cual le servirá para mejorar su movilidad y será la plataforma de entrenamiento para futuras prótesis mas avanzadas.

Recursos

Para llevar a cabo la producción de esta solución se deben tener en cuenta los siguientes perfiles profesionales y el tiempo requerido para hacer entrega de la prótesis en un tiempo no mayor a 2 semanas.

• Psicólogo 2 horas x semana
• Fisioterapeuta 2 horas x semana
• Ingeniero Mecatrónico 6 horas x semana
• Ingeniero Electrónico 6 horas x semana
• Diseñador Industrial 8 horas x semana
• Artista Gráfico 4 horas x semana

Diseño y planos

• Link Diseño: https://www.thingiverse.com/thing:3836088

Etapas

Evaluación Psicológica

• Julian es un chico muy inteligente y apasionado por los videojuegos, su favorito es Halo y ha elegido al personaje principal del videojuego como inspiración para su nueva prótesis.

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  Personaje de Videojuego Halo

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  Vista previa de la protesis

Evaluación Antropométrica

El caso de Julian se trata de una simbraquidactilia leve la cual es una malformación congénita donde los dedos de la mano se desarrollan poco aunque presentan movilidad.

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  Vista Lateral

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  Vista Frontal

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  Medidas Tomadas

Diseño de Extremidad

El modelo tridimensional de la extremidad se realizó en el software FUSION 360 utilizando imagenes de fondo como referencia de la vista frontal y lateral de la extremidad, de este modo se obtuvo una version digitalizada del muñon, con este modelo de base se construye la estructura de la prótesis teniendo en cuenta los volumenes que ocupan los componentes mecánicos y el circuito electrónico dentro de la misma,

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  Imagen 1. Diseño de la prótesis vista lateral

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  Imagen 2. Diseño de la prótesis vista lateral

Diseño de Prótesis

Se ha descargado de la pagina Thingiverse un modelo completo del personaje de videojuego Halo escojido por el beneficiario, de este modelo se ha tomado la parte que va desde el codo hasta la muñeca para hacer un bosquejo del resultado final, ya que esta malla basica posee bajo nivel de poligonos y debido a varias modificaciones ha perdido su forma, se ha construido un brazo nuevo con curvas mejor definidas, con los espacios y divisiones pensados para alojar los mecanismos y circuitos funcionales.

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  Imagen 3. Modelo Spartan de videojuego Halo

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  Imagen 4. Brazo modelo original

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  Imagen 5. Brazo modelo original

Analisis Mecánico

Esta protesis sera de algun modo una extensión articulada del brazo, tendra 5 dedos como una mano normal. El movimiento de los dedos se ejecutara por medio de un actuador lineal que se compone de un tornillo impulsado por un micromotor DC de alto torque, este tornillo hace desplazar una pieza metálica que sostiene los hilos hasta los dedos, este mecanismo se ha elegido por su rapida ejecución de movimientos y la fuerza que puede ejercer en los dedos de la mano, lo que puede presentar un agarre y desempeño mejorados, comparado con los servos convencionales que por su diseño y limitaciones mecánicas han sido descartados de este modelo de prótesis.

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  Imagen 6. Brazo Actuador

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  Imagen 7.Brazo Actuador

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  Imagen 8. Diferentes agarres de la mano

En la imagen anterior se pueden observar los diferentes agarres que realiza la mano humana, que son necesarios para desarrollar distintas tareas cotidianas. La prótesis permitirá que el paciente pueda desarrollar estos diferentes movimientos para una mayor comodidad e independencia, estos agarres se ejecutarán mediante diferentes circuitos que se activan en el momento que el beneficiario lo desee.

Análisis electrónico

Teniendo en cuenta que el beneficiario posee movimiento en la muñeca se seleccionó como dispositivo de control de la protesis un sensor resistivo de fuerza que nos da una resolución de 1023 niveles de sensibilidad, utilizando filtros estos niveles se pueden utilizar para multiples movimientos dependiendo de los actuadores y la configuración de estos, inicialmente la prótesis debe abrir y cerrar la mano al poner o quitar la presión del sensor tal como se ha implementado en el proyecto Prótesis con Rotación de Muñeca [1] de Miguel Durán.

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  Imagen 9. Sensor de Fuerza

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  Imagen 10.Prototipo de Circuito Electrónico

En las siguientes imágenes se puede observar circuito final esquemático y en pcb del prototipo de la mano, esta compuesto por diferentes componentes tales como una galga, Arduino nano, L293D, resistencia de 10k, endsstop que funcionan como un switch, adicionalmente se hace uso de un motor dc.

A lo largo del proceso se decidió realizar el circuito en una pcb ya que de esta forma las conexiones entre los elementos electrónicos es mas segura, ademas de que su tamaño disminuyen gran medida y es de mayor facilidad para adecuarla a la pieza de la prótesis.

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  Imagen 11. Circuito esquematico de la protesis de la mano

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  Imagen 12. Circuito pcb de la protesis de la mano

Impresión 3D

En las partes estructurales y funcionales de este modelo de protesis se utilizaran materiales rigidos y flexibles impresos en 3D, para la seccion del brazo y la palma se utilzará plastico PLA impreso con densidad de 40% a una resolución de 0.2mm, en el caso de los dedos se utilizara polimero flexible Ninja Flex que le dara a los dedos su propiedad elástica y mejorara el agarre de objetos en la ejecución de las tareas.

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  Imagen 13. Impresión de los dedos

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  Imagen 14. Impresión de los dedos

PostProceso y Ensamble

Despues de la impresión de las piezas se dara un tratamiento a los modelos para alisar la textura de la superficie, para hacer el modelo mas realista utilizaremos pinturas en spray con los colores del personaje que el benficiario ha elegido.

Actividades

Reportes y TS Septiembre 2019

Miércoles 11	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Impresión final del dedo corazón. Se volvió a realizar la impresión de mano y se actualizó de la wiki	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	mpresión final del dedo corazón. Se volvió a realizar la impresión de mano Se volvio a realizar la impresión de mano || x Horas || x TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano

Martes 10	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Circuito esquematico y circuito en pcb	3 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Impresión final del dedo meñique	8 Horas	24 TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano

Lunes 9	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	impresión de dedos	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Impresión de dedos	4 Horas	12 TS

Sabado 7	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Impresión de dedos y ajuste de medidas al modelo 3D	6 Horas	18 TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano [2].

Viernes 6	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Impresión de dedos y decoración	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Impresión de dedos y decoración	4 Horas	12 TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano [3].

Jueves 5	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Impresión de dedos, palma de la mano y decoraciones	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Impresión de dedos y palma de la mano	6 Horas	18 TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano [4].

Miercoles 4	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Impresión de dedos, palma de la mano y decoraciones, se realizaron algunas modificacones	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Impresión de dedos y palma de la mano	6 Horas	18 TS

TODO: Queda pendiente la compra de los fingertips para los dedos de la mano [5].

Martes 3	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Prueba de impresión de dedos	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Prueba impresión de dedos	6 Horas	18 TS

TODO: Retoque de detalles en la palma y dedos, impresión de la mano

Lunes 2	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Pruebas de impresión del dedo meñique	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Pruebas de impresión del dedo meñique	3 Horas	12 TS

TODO: Retoque de detalles en la palma y dedos, impresión de la mano

Reportes y TS Agosto 2019

Sabado 31	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Integración de los elementos mecánicos en el modelo de la prótesis	4 Horas	12 TS

Viernes 30	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Integración de los elementos mecánicos en el modelo de la prótesis	4 Horas	12 TS

Jueves 29	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	En el día de hoy se hicieron las pruebas de impresión de dos dedos de la mano	6 Horas	18 TS

Comentarios: Se imprimieron dos dedos de prueba con problemas de baja calidad en la textura. TODO: Probar diferentes configuraciones de impresión para lograr el mejor resultado posible.

Miércoles 28	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se empezó a trabajar en el nuevo modelo de la mano, se desarrollaron algunas modificaciones	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Se empezó a trabajar en el nuevo modelo de la mano, se desarrollaron algunas modificaciones	4 Horas	12 TS

Martes 27	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se considera el cambio del modelo de la mano por problemas de incompatibilidad entre las mallas.	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Se considera el cambio del modelo de la mano por problemas de incompatibilidad entre las mallas.	4 Horas	12 TS

Lunes 26	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Construcción de los conductos internos para los hilos de la mano protésica	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Construcción de los conductos internos para los hilos de la mano protésica	4 Horas	12 TS

viernes 23	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Modificaciones a la unión entre la mano y el brazo de la prótesis	5 Horas	15 TS
Fabian Bustos	Modificaciones a la unión entre la mano y el brazo de la prótesis	4 Horas	12 TS

jueves 22	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Análisis de uso de la prótesis	2 Horas	6 TS
Fabian Bustos	Análisis de uso de la prótesis	4 Horas	12 TS

Miércoles 21	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se termino de realizar las decoraciones y algunas reestructuraciones de la mano del prototipo de Halo	5 Horas	15 TS
Fabian Bustos	Investigación sobre materiales para el Socket de la prótesis	4 Horas	12 TS

Jueves 15	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se llevaron acabo algunas correcciones a los elementos realizados el día anterior, ya que presentaron errores al unir todos los cuerpos del objeto.	5 Horas	15 TS
Fabian Bustos	Programación del firmware de la prótesis	4 Horas	12 TS

Miércoles 14	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se desarrollaron las decoraciones que se ubican en la mano acorde a las peticiones del beneficiario. .	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Programación del firmware de la prótesis	4 Horas	12 TS

Comentario:  Solo se pudo terminar un dedo, ya que se presentaron diferentes complicaciones con el diseño.  

Martes 13	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	En esta parte del proceso se realizó diferentes modificaciones a los diseños establecidos anteriormente con el fin de brindar una mayor comodidad al beneficiario.	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Modelado de la tapa que cubre la extremidad sobre la palma	5 Horas	15 TS

Lunes 12	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Para la segunda parte de este proceso, se uso como guía un archivo descargado de Thingiverse al cual se le realizaron algunas modificaciones a la estructura de Halo, tales como la eliminación de algunas partes sobrantes del modelo, ajustar las medidas según el socket diseñado, convertirlo a un modelo solido y volver a estructurar el área de la mano para adaptarla a la del paciente.	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Modificación de la palma de la protesis para que se acople a la forma de la extremidad	4 Horas	12 TS

Viernes 9	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se ha hecho el modelo 3D de la palma de la mano en Rhinoceros	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Montaje del prototipo del actuador mecánico que moverá los dedos en la prótesis	5 horas	15 TS

TODO: Modelado de los dedos de la mano protésica  

Jueves 8	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se ha hecho el modelo 3D de la palma de la mano en Rhinoceros	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Montaje del prototipo del actuador mecánico que moverá los dedos en la prótesis	5 horas	15 TS

TODO: Modelado de los dedos de la mano protésica   

Miercoles 7	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se han utilizado las medidas tomadas en la evaluación antropométrica para escalar la extremidad al tamaño real y asi trabajar sobre ella el diseño de la protesis	3 Horas	9 TS
Fabian Bustos	Modelado básico de la prótesis teniendo en cuenta los componentes mecánicos y electrónicos	3 horas	9 TS

TODO:Modelado basico de la mano protésica   

Martes 6	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Diseño de los dedos de la extremidad	8 Horas	24 TS
Fabian Bustos	Modelado basico de la prótesis teniendo en cuenta los componentes mecánicos y electrónicos	4 horas	12 TS

TODO: Escalado de la extremidad a tamaño real Commentarios: Hemos seleccionado el software Rhinoceros para continuar el diseño ya que Fusion 360 no funciona muy bien a causa de la conexion a internet

Lunes 5	Descripción	Tiempo	TS
Daniela Arboleda	Se ha hecho el modelo tridimensional de la extremidad en el sofware FUSION 360	6 Horas	18 TS
Fabian Bustos	Modelado basico de la prótesis teniendo en cuenta las medidas del brazo izquierdo	4 horas	12 TS

TODO: Diseño de los dedos de la extremidad. Comentarios: Hemos tenido dificultad con el software Fusion 360 funciona online y la conexión a internet es de mala calidad.