Protesis de codo Carolina Huertas

Desarrolladores y Recursos

Jefes de Proyecto	Desarrolladores	Contabilidad
Profile Photo Johan Garcia Tutor Carolina Huertas Jefe de Proyecto [[File:]]	Profile Photo Fabian Bustos (Diseño Electrónico, Mecánico y Programación) Valentina Suarez (Practicante) [[File:]] Juan Diego Peña (Practicante) [[File:]	Componente Valor Unitario Cant Valor Total Estado Total xxxx COP

Etapas

Objetivos

• El presente proyecto se enfoca en realizar una prótesis de miembro superior trans-humeral (a nivel medio del brazo) para la beneficiaria Carolina Huertas de 26 años que habita en la ciudad de Tunja, en la entrevista ella expresa su necesidad de una mano fuerte y que le genere confianza a la hora de tomar objetos de peso mediano, entre los usos cotidianos que podría tener la prótesis se contempla el uso de la bicicleta

Requerimientos

• Implementar materiales que permitan el uso seguro de la cicla.
• Voltaje de trabajo máximo de 24V .
• Realizar una respuesta rápida en movimientos (Codo-Mano) programados en la tarjeta electrónica.
• Movimiento independiente de cada motor mediante señal del usuario.

Evaluación Antropométrica

Scan 3D de Extremidad

Según el análisis de las dimensiones de la extremidad y después de un repaso por los diferentes tipos de actuadores disponibles en el mercado, se ha logrado integrar un motor-reductor en la parte baja del socket, este motor tiene torque suficiente para levantar la extremidad, gracias a su tamaño reducido ayudara a suplir los requerimientos de simetría y gracias a su composición de polímero resistente reducirá el peso total de la prótesis.

Con la ayuda de un dispositivo scanner 3D (Kinect) se ha digitalizado la muestra de la extremidad tomada en yeso, se editó la malla resultante del scan con el software ZBrush y fotografías de referencia, para lograr una representación tridimensional aproximada a la extremidad, este será la parte principal sobre la que se construye la prótesis propuesta.

• 

  Medida prótesis mecánica Carolina Huertas

• 

  Molde de extremidad, vista lateral

• 

  Molde de extremidad, vista frontal

• 

  Modelo 3D extremidad

• 

  Modelo 3D extremidad

• 

  Modelo 3D extremidad

Diseño de Prótesis e Impresión 3D

Ensamble Motor-Mano

Al inicio del proceso de diseño de la mano mecánica, se tuvo en cuenta los requerimientos del usuario. Los materiales de la mano mecánica deben de soportar esfuerzos considerables debido a la actividad relacionada con uso de la bicicleta, por lo cual decidió construir un prototipo de una mano con piezas metálicas y polímeros de alta resistencia para mantener un agarre fuerte y seguro de los objetos. En esta parte de la prótesis se utiliza la impresión 3D solamente como método de prototipado mas no como el producto final.

Con respecto al actuador a cargo del movimiento de la muñeca, se ha encontrado una compatibilidad entre un motor DC de alto torque (37GB) y el prototipo de la mano existente, se logra esto por medio de una transmisión tipo Worm Gear que toma la fuerza torsional del motor y lo transmite linealmente al mecanismo.

• 

  Diseño Inicial de Mano Mecánica

• 

  Render con Simulación de Texturas

• 

  Transmisión Tipo Worm Gear

• 

  Motor con Caja Reductora 12V

• 

  Motor 37GB

• 

  Ensamble Motor-Transmision.

Para el modelado 3D se utilizaron los programas Fusion 360, Rhinoceros 6 y ZBrush 4R8 para la modificación de piezas existentes y la generación de nuevos complementos para el prototipo. El mecanismo original se compone de los dedos pulgar, índice y medio, los cuales se utilizan para hacer el movimiento de agarre necesario para montar en bicicleta, este modelo se modifico para tener un mejor agarre colocándole un motor al mecanismo, a su vez el prototipo va cubierto por un diseño de una mano elástica como se evidencia en las imágenes, es importante mencionar que esta mano tiene los dedos anular y meñique rígidos.

• 

  Guante estético

• 
• 

  Modelo 3D

• 
• 
• 

  Modelo de la mano con el diseño mecánico

• 

  Modelo de la mano

Se realizo una representación tridimensional de las medidas reales del caso en software de modelado 3D (Rhinoceros 5 y Fusion360), con el objetivo de realizar ensambles y simulaciones requeridas (Etapas 1 - X) manteniendo las medidas antropométricas ideales.

• 

  Visualización de medidas

• 

• Etapa 1 (Revisión de mano y soporte de muñeca)

Durante los intentos de implementación de esta mano se realizaron correcciones al mecanismo de función de cierre alterando las poleas que permitían este movimiento, se decidió implementar un Piñón-Polea con 10° de inclinación en crestas impreso en 3D para reemplazar y optimizar el mecanismo existente, el resultado permitió la conservación del perímetro ideal en la circunferencia de la muñeca según medidas antropométricas tomadas a Carolina Huertas.

• 

  Simulación de mano antes de cambio de piñón y poleas

• 

  Piñón-polea en soporte para dedos, vista lateral

• 

  Piñon-polea, vista frontal

• Etapa 2 (Construcción de mano a antebrazo)

Durante el inicio de la esta etapa y pensando en la libertad anatómica que requiere la mano frente al movimiento de la muñeca, se pensó en un sistema de estrías como se puede ver en la imagen de abajo, las cuales funcionarían como guías para el desplazamiento circular, este mecanismo fue montado en la zona transradial/ulnar para evitar dañar el sistema de movimiento pinza en la mano; se implemento además un sistema tipo palanca de primer grado para asegurar las 2 piezas del antebrazo y evitar posibles movimientos no deseados durante el uso de la protesis.

• 

  Simulación hasta zona transradial, vista lateral con aristas ocultas

• 

  Simulación hasta zona transradial, vita isométrica con aristas ocultas

• Etapa 3 (Construcción de antebrazo a codo)

Dado que es la zona que tiene mayor espacio para disponer objetos posee varios espacios diseñados exclusivamente para baterías, tarjetas de carga, tarjeta controladora y puerto de carga, además de claramente el motor que generara el movimiento y sostén de todo el antebrazo a la zona del brazo y socket.

Análisis Mecánico

10/09/2021

Después de realizar el montaje de la mano con el motor se han realizando las pruebas de de desempeño del ensamble, con respecto a la fuerza de agarre se evidencia una presión considerable en la pinza. Se encuentra un problema en cuanto al tamaño del piñon , ya que afecta la velocidad de ejecución y por ende el carácter mecánico/eléctrico del prototipo, por lo cual, se decidió reducir el piñón de 45 mm a 30 mm de diámetro y de esta forma disminuir la velocidad de ejecución con el fin de tener un mejor agarre, es importante tener en cuenta que esta modificación requiere un mayor voltaje el mecanismo.

Debido a este ajuste se realizaron diferentes modificaciones en el prototipo, por ejemplo, la pieza soporte se tuvo que reducir y además posicionar de una manera diferente algunos huecos de los tornillos como se evidencia en las imágenes, de esta forma el motor se acomodo a una altura más baja ocupando menos espacio en el guante elástico.

• 

  Ensamble Motor-Transmisión

• 

  Mecanismo ottobock diseñado en Fusion 360 y Rhinoceros

• 

  Prototipo del soporte de la muñeca

• 

  Mecanismo ottobock

• 

  Mecanismo ottobock de ejemplo

• 
• 

  Soporte muñeca

• 

  Diferentes soportes de muñeca

• 

  Anillo de unión entre el mecanismo y el brazo

Analisis Electrónico

10/09/2021

La prótesis utiliza dos motores DC reductores, asignados a las funciones de flexión / extensión de codo y apertura /cierre de la mano, cada motor va controlado por un puente h y un sensor de posición, los mecanismos de entrada para control de usuario se componen de un botón selector de diferentes modos o actuadores y de un sensor de actividad muscular, en un primer modo de selección, el motor seleccionado será el del codo y ejecutará un movimiento proporcional a la actividad muscular de la extremidad, en el rango que va desde la posición de brazo extendido hasta una flexión de 90 grados, al presionar de nuevo el botón selector el control apuntará hacia el motor de la mano, de igual manera proporcional a la actividad muscular de la extremidad.

Actividades

Septiembre 2021

Viernes 10	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión	4 Horas	12 TS
Juan Diego Peña	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS

Jueves 9	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión	7 Horas	21 TS
Juan Diego Peña	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS

Miercoles 8	Descripción	Tiempo	TS
Juan Diego Peña	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS

Martes 7	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión	7 Horas	21 TS
Juan Diego Peña	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS

Lunes 6	Descripción	Tiempo	TS
Juan Diego Peña	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano	7 Horas	21 TS

Sabado 4	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base	4 Horas	12 TS

Viernes 3	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	4 Horas	12 TS
Juan Diego Peña	Diseño de Partes, Contacto para solicitud de medidas	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS

Jueves 2	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS
Juan Diego Peña	Diseño de Partes de la Muñeca	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS

Miércoles 1	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS
Juan Diego Peña	Diseño de Partes de la Muñeca	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS

Agosto 2021

Martes 31	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS
Juan Diego Peña	Diseño de Partes de la Muñeca	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	7 Horas	21 TS

Lunes 30	Descripción	Tiempo	TS
Juan Diego Peña	Diseño de Partes de la Muñeca	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	6 Horas	18 TS

Viernes 27	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	4 Horas	12 TS
Juan Diego Peña	Preparación de Programación	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	6 Horas	18 TS

Jueves 26	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	8 Horas	24 TS
Juan Diego Peña	Preparación de Programación	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Análisis de medidas, Diseño de Mano	4 Horas	12 TS

Miercoles 25	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Análisis de medidas, Diseño de Mano	8 Horas	24 TS
Juan Diego Peña	Preparación de Programación	7 Horas	21 TS
Fabian Bustos	Scan 3D y Modelado de Extremidad	4 Horas	12 TS

Martes 24	Descripción	Tiempo	TS
Valentina Suarez	Preparación de Programación	8 Horas	24 TS
Fabian Bustos	Análisis de datos	4 Horas	12 TS