Difference between revisions of "Nuevo prototipo de prótesis"

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Revision as of 21:27, 25 March 2021


Jefe de proyecto

Profile Photo
Johan Garcia
Br 382172 photo.jpg

Colaboradores

Profile Photo
David Gil (Ing. Mecatrónico) Br 564045 photo.jpg
Profile Photo
Fabian Bustos (Diseño Electrónico, Mecánico y Programación) Fabian.jpg

Exiii-hackberry

Actividades

Marzo 2021

marzo 24 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Ensamble primer servo. 8 Horas 24 TS
marzo 17 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Revisión bibliográfica para generar programación de motores 8 Horas 24 TS
marzo 15 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo grabación de los videos del ensamble 8 Horas 24 TS
marzo 11 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Ensamble de dedos 4 Horas 12 TS
marzo 10 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo se trabaja en el sensor CNY70 infrarrojo para detectar el movimiento muscular. 8 Horas 24 TS
marzo 8 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo se comienza con la revisión de la electrónica. 8 Horas 24 TS
marzo 4 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Impresión de dedos faltantes y corrección de piezas. 4 Horas 12 TS
marzo 3 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Se comienza con el ensamblaje. 8 Horas 24 TS
marz0 1 Descripción Tiempo TS
Alejandro Arévalo Revisión de piezas y ver las que faltan. 4 Horas 12 TS

PCB Prótesis

Estructura general del sistema electrónico

Los circuitos impresos fueron diseñados para funcionar como Shields para la tarjeta de desarrollo ESP32 DevKit V1, esto con el fin de minimizar el espacio total que ocupa el sistema electrónico dentro de la prótesis. Se diseñó tres PCB para el cumplimiento de procesos generales:

- Power Supply Board: Esta placa fue diseñada para dar los voltajes de alimentación que requiere el sistema electrónico para funcionar correctamente.

- Sensors Board : Esta placa permite la lectura analógica de sensores y la escritura de variables digitales.

- Motor Shield  : Esta placa permite la administración de potencia y control de motorreductores .


Placa de alimentación (Power Supply) Esta placa es un circuito de regulación de voltaje mediante el componente LM7805, dando como salida 5V y 12V necesarios para el funcionamiento de la tarjeta de desarrollo, integrados, sensores ,salidas digitales, y motorreductores.

Esquemático: Power Supply PCB : Power Suppy Diagrama de bloques: Power Supply

Componente Descripción Precio
LM7805 Regulador de voltaje 1500 COP
JACK DC Conector hembra 2.5 x 5.5 mm 2500 COP
C104 Condensador cerámico 0.1uF (x2) 100 COP
Disipador El mas pequeño, para LM7805 500 COP
Pin Header Regleta macho macho 2000 COP
PCB Fabricación del circuito en Baquela 4000 COP
TOTAL 10600 COP

Placa de sensores (Sensors Board) Esta placa consiste en una extensión de los pines de la tarjeta de desarrollo, permitiendo la lectura de hasta 4 sensores de presión resistivos mediante divisores de tensión , lectura de hasta 3 potenciómetros, además, cuenta con la posibilidad de utilizar 5 puertos como entradas o salidas digitales, por ejemplo, leer estados de pulsadores, encender o apagar LEDS, entre otros. Esta placa se conecta directamente con la placa Power Supply y con la placa Motor Shield.

Esquemático: Sensor BoardPCB: Sensor BoardDiagrama de bloques: Sensors Board

Componente Descripción Precio
Pin Header M/M y M/H largos 4000 COP
Resistencias 10k Ohms (x4) y 5k Ohms (x4) 1000 COP
PCB Fabricación del circuito en Baquela 8000 COP
TOTAL 13000 COP

Placa de motores(Motor Shield) Esta placa permite el control del sentido y velocidad de giro de hasta 6 motorreductores, con una entrega máxima de corriente de 600 mA por motor. Para esto, se utiliza el integrado L293D.


Esquemático: Motor ShieldPCB: Motor ShieldDiagrama de bloques: Motor Shield

Componente Descripción Precio
Pin Header M/M y M/H largos 4000 COP
C104 Capacitor 0.1uF (x6) 600 COP
Socket DIP de 16 pines (x3) 900 COP
L293 Driver para motores DC (x3) 9000 COP
PCB Fabricación del circuito en Baquela 14000 COP
Cable Para soldar puentes 500 COP
TOTAL 29000 COP
Componente Imagen Componente Imagen Componente Imagen Componente Imagen Componente Imagen
Header M/M Pin Header MM LM7805 lm7805 Jack DC DC Jack C104 C104 Disipador Disipador
Header M/F miniatura Resistencia miniatura L293D miniatura Socket miniatura ESP32 miniatura


Lista de pines usados: ESP32 Devkit V1

GPIO Nombre I/O Descripción GPIO Nombre I/O Descripción
13 LED2 I/O Entrada o salida Digital 23 SM1A O Señal PWM Motor 1 pin A
12 LED1 I/O Entrada o salida Digital 22 SM1B O Señal PWM Motor 1 pin B
14 LED3 I/O Entrada o salida Digital 3 SM2A O Señal PWM Motor 2 pin A
27 LED4 I/O Entrada o salida Digital 21 SM2B O Señal PWM Motor 2 pin B
26 LED5 I/O Entrada o salida Digital 19 SM3A O Señal PWM motor 3 pin A
25 SG4 I Lectura de sensor 4 18 SM3B O Señal PWM motor 3 pin B
33 SG3 I Lectura de sensor 3 5 SM4B O Señal PWM motor 4 pin B
32 SG2 I Lectura de sensor 2 17 SM4A O Señal PWM motor 4 pin A
35 SG1 I Lectura de sensor 1 16 SM5B O Señal PWM motor 5 pin B
34 SP1 I Lectura de Pot 1 4 SM5A O Señal PWM motor 5 pin A
39 SP2 I Lectura de Pot 2 2 SM6B O Señal PWM motor 6 pin B
36 SP3 I Lectura de Pot 3 15 SM6A O Señal PWM motor 6 pin A

Diseño prótesis

Video Tutorial

En este espacio encontramos los conceptos principales y los detalles de planeación para la producción videográfica de la Fundación M3D, orientada especificamente al tema de diseño y fabricación de prótesis mioelectrica para miembro superior.

Este curso va dirigido a personas con conocimientos básicos en electrónica, mecánica y fabricación digital, lo cual aplica para estudiantes de carreras afines a Ing. Biomédica, Ing. Mecatrónica, etc. El curso esta orientado a soluciones a nivel transradial, la posibilidad de generar una solución de prótesis mioeléctrica depende del espacio que tengamos disponible para alojar los sistemas funcionales eléctricos y mecánicos necesarios para hacerla util y confiable para el usuario.

Temas a documentar en video

ETAPA 1 (Diseño de la Solución)

  • Diseño de la Solución
   -Factores Decisivos en el Diseño: (Fabian)
       -Toma de medidas y scan 3D // http://humanproportions.com/
       -Administración del espacio: Tener en cuenta las medidas tomadas en la evaluación antropomórfica
             -Ergonomía : Interacción entre el usuario y el producto. Ergonomics and Design
                 -Biomecánica del Cuerpo Humano: El cuerpo humano como sistema biologico mecánico 
                 -Analisis Mecánico de la Mano:
             -Usabilidad : la manera en que se quita y se pone la prótesis, limpieza, mantenimiento)
                  -Reemplazo de hilos de tracción
             -Peso de la Prótesis
                 -Calculo del Peso en Software de Diseño
             -Superficie de Contacto
          -Factores de Seguridad
             -Posición de la batería
             -Puntos de Giro y Conexiones Eléctricas Móviles
             -Procedimientos de uso peligrosos
             -Procedimientos en caso de falla
          -Materiales de Contacto Directo con la Piel
             -Temperatura y Sudoración
             -Limpieza

ETAPA 2 (Fabricación y Ensamble Mecánico)

            -Proceso de Impresión 3D
              -Tolerancias en las Medidas
              -Porcentajes de Relleno 
              -Material de Soporte
            -Materiales FDM en Biomecánica
             -Materiales Rigidos
             -Materiales Flexibles

ETAPA 3 (Integración de Sistema Electrónico)

           -Electrónica Basica y Buenas Practicas de Ensamble
           -Tipos de Cable
           -Empalme de Cables
           -Administración de instalaciones con cableado
           Soldadura

         -Sensores -Introducción
         -Tipos de sensores usados en prótesis
            -Sensor Electromiográfico 
                -Sensor Myoware
                -Sensor Myo
            -Sensor Resistivo de Presión
            -Sensor Infrarrojo de Proximidad

         -Captura y Visualización de Señales
             -Obtención de Señales por Lectura de Voltaje
             -Obtención de Señales por Lectura de Corriente
             -Obtención de Señales por Transferencia de Datos 
             -Resolución de Muestreo
             -Frecuencia de Muestreo (Sampling Rate)

         -Filtrado y Proceso de Señales
             -Envolvente de Señal (Extracción)
             -Filtro Promedio de X Muestras
             -Filtro Promedio Ponderado de X Muestras

           -Actuadores -Introducción
           -Servo-motores
           -Motores DC 
           -Tiempo de Ejecución de movimientos
           -Posiciones de reposo/acción
           -Fuentes de alimentación -Introducción
                       -Baterias
                           -Tipos de Baterías
                           -Baterias Extraibles
                           -Baterias Fijas
                       -Puerto de carga 
                       -Cargadores y Circuitos de Carga

ETAPA 4 (Programación)

                  -Microcontroladores -Introducción 
                   -Dispositivos Electrónicos programables 
                         -Tarjetas Arduino 
                         -Tarjetas ESP32(conectividad con aplicativo) 
                   -Programación de Microcontroladores 
                   -Estimación de variables: numero de dedos independientes 
                   -PseudoCódigo 
                   -Aalisis de Ejecución de Programa 
                      -Utilización de Retardos 
                      -Multitasking en Arduino 

                   -Interfaz de Usuario -Introducción 
                    -Interfaz de Usuario (UI) 
                    -Experiencia de Usuario (UX) : La interacción entre el usuario y el producto. 
                    -Botones 
                    -Indicador LED RGB :indicador visual del estado de la pròtesis para uso de manera segura.
                    -Conexión mediante aplicativo PC/Android : Conectividad inhalambrica para calibración, control de movimientos y detección de fallas.

  • Aplicativo para Control de Protesis en Telefono

  • Aplicativo Control de Protesis en PC


Tipos de sensores usados en prótesis

En esta sección vamos a tratar un tema relacionado a los tipos de sensores que podemos utilizar en diferentes casos, para la captura de la actividad muscular del usuario, lo que le permitirá controlar su prótesis y ejecutar movimientos funcionales, los sensores aquí presentados son de tipo análogo y su salida es normalmente muestreada por el procesador con resolución de 12bits, es decir que la señal capturada se ubica entre 4096 niveles de voltaje, estos sensores entregan la señal de manera proporcional a la actividad detectada, esto nos da la oportunidad de generar movimientos muy naturales en las posiciones de la prótesis, si por el contrario la señal presentara valores absolutos de 0 y 1, la acción de los servo-motores puede ser brusca o dificil de manejar por el usuario.

Planeación

La selección del sensor apropiado y su localización en la prótesis es un detalle importante que debe ser evaluado en la etapa inicial del proceso de concepción de la solución, ya que en los diseños de las partes plasticas impresas se debe reservar el espacio adecuado para el sensor y su cableado, es importante declarar que posponer la elección del sensor para la etapa de ensamble puede dar lugar a modificaciones forzadas en las piezas y a una posible afectación en la parte estética de las mismas, igualmente si se decide utilizar el tipo de sensor el dia de la entrega de la prótesis, puede dar lugar a situaciones incomodas para el protesista y el usuario o incluso una entrega fallida debido a modificaciones importantes, una buena planeación desde el principio es la que define el exito o el fracaso en el ensamble y en la entrega final de la prótesis.

Sensor Resistivo de Presión

Sensor Infrarrojo de Proximidad

Este tipo de sensor consiste en un modulo que integra un diodo LED emisor de luz infrarroja y un fototransistor receptor que deja pasar hacia el microcontrolador los niveles de voltajes de señal en función de la cantidad de luz reflejada por la superficie de la piel hacia el sensor ubicado en el socket, por este motivo el sensor va ubicado en un punto fijo del socket donde exista un cambio importante en la forma de la extremidad debido a la actividad muscular efectuada por el usuario. Los sensores de proximidad por infrarrojos que se encuentran en el mercado tienen normalmente una aplicación en la industria para la medición de distancias y detección de presencia de objetos sin contacto, las especificaciones de distancia minima de los sensores comerciales promedio no se ajustan completamente a nuestra aplicación, por este motivo vamos a modificar un sensor de tipo barrera infrarroja para que funcione como medidor de proximidad para un rango de distancias entre 0 y 5mm, este sensor modificado representa una solución compacta, no invasiva y de costo reducido si se compara con los sensores comerciales comunes.


Sensor de Proximidad con Salida Digital de 16bit

Sensor de Proximidad Análogo (Impresora de Papel)

Sensor IR Tipo Herradura Análogo (A modificar)

Actividades

Marzo 2021

Jueves 25 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Documentación general 4 Horas 12 TS
Miércoles 24 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Documentación general, Reajuste en el diseño de Power Supply y Mother Board 4 Horas 12 TS
Martes 23 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Reajuste en el diseño de PCB Motor Shield 4 Horas 12 TS
Sábado 20 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Creación de modelo CAD para componentes que no lo tuvieran 4 Horas 12 TS
Viernes 19 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Modelo CAD de las PCB para verificación de dimensiones 4 Horas 12 TS
Jueves 18 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Actualización de los diseños PCB con base en los errores encontrados 4 Horas 12 TS
Miercoles 17 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Inspección y ensamblaje de componentes en PCB Shield para motores 4 Horas 12 TS
Martes 16 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Recogida de PCB Shield para motorreductores 4 Horas 12 TS
Lunes 15 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Ensamblaje de componentes principales en las PCB 4 Horas 12 TS
Viernes 12 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Prueba de las PCB MotherBoard y SupplyBoard 4 Horas 12 TS
Jueves 11 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Recogida de PCB y ensamblaje de componentes 4 Horas 12 TS
Miercoles 10 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Funcionamiento de los códigos en el motorreductor 4 Horas 12 TS
Martes 9 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Creación de funciones y adaptación de código a ESP32 4 Horas 12 TS
Lunes 8 Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Programación de motores 4 Horas 12 TS

Febrero 2021

Febrero 19 a 5 de Marzo Descripción Tiempo TS
Carlos Salazar Investigación PCB 44 Horas 132 TS

Enero 2021

Lunes 25 Descripción Tiempo TS
Diego Camacho Inducción Proyecto 1 Horas 3 TS

Diciembre 2020

Lunes 28 Descripción Tiempo TS
Fabian Bustos Preparación de Escenario de presentación del curso, Primeras Capturas, Edición de Sección de Sensores infrarrojos 5 Horas 15 TS 
 TO DO: Utilizar un microfono de solapa para captura de la narración
Jueves 17 Descripción Tiempo TS
Fabian Bustos Reunión en M3D para planeación y evaluación de lista de temas a documentar 5 Horas 15 TS 
 TO DO: Definir un espacio para adecuarlo como escenario de presentación
      Conseguir trípode para ubicar facilmente el celular 
      Conseguir camara tipo microscopio para grabación de tomas de tamaño reducido (circuitos, componentes electrónicos, pequeños objetos)
Miercoles 16 Descripción Tiempo TS
Fabian Bustos Creación de lista de temas a tener en cuenta para el Curso Virtual de Prótesis Mioeléctrica 5 Horas 15 TS
Viernes 11 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Diseño palma de la mano prótesis camilo 5 Horas 15 TS

Septiembre 2020

Semana 31 de agosto 4 de septiembre

Martes 1 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Trabajo en el diseño de la mano en rhinoceros 5 Horas 15 TS
Lunes 31 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Trabajo en el diseño de la mano en tinkercad 6 Horas 18 TS

Agosto 2020

Viernes 28 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Diseño palma de la mano prótesis camilo 5 Horas 15 TS
Jueves 27 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Ajuste en el diseño de los espacios de los hilos para la mano de la prótesis de Camilo 5 Horas 15 TS
Miércoles 26 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Ajuste en el diseño del servo motor en la palma de la mano 5 Horas 15 TS
Martes 25 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Diseño del servo motor en la palma de la mano 4 Horas 12 TS
lunes 24 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Selección de los diseños para el sistema eléctrico de la prótesis 5 Horas 15 TS
Viernes 21 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Investigación sobre el sistema eléctrico que usa el diseño seleccionado 5 Horas 15 TS
Jueves 20 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Selección de diseños a presentar para el nuevo prototipo 4 Horas 12 TS
Miercoles 19 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Estudio de las prótesis de la fundación, sus necesidades acerca del diseño, investigación de diseños que cumplan estas necesidades 4 Horas 12 TS
Martes 18 Descripción Tiempo TS
Melissa Villanueva Investigación de prótesis de la fundación descarga y revisón de módelos, investigación de prótesis de las que están en el mercado 5 Horas 15 TS
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