Nuevo prototipo de prótesis

Jefe de proyecto

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Johan Garcia

Colaboradores

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David Gil (Ing. Mecatrónico)

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Fabian Bustos (Diseño Electrónico, Mecánico y Programación)

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 el control de motorreductores.

Diagrama de bloques: Power Supply

Placa de alimentación (Power Supply)

GPIO	Nombre	Descripción
22	desc	asd

Actividades

Marzo 2021

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

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 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

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

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