Exoesqueleto Julian
Contents
Jefe de proyecto
| Maker | Image | Profile |
|---|---|---|
| Castillo Angela |
Desarrolladores
| Maker | Foto |
|---|---|
| Daniela Arboleda |
| Maker | Foto |
|---|---|
| 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.
Personaje de Videojuego Halo
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.
Vista Lateral
Vista Frontal
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,
Imagen 1. Diseño de la prótesis vista lateral
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.
Imagen 3. Modelo Spartan de videojuego Halo
Imagen 4. Brazo modelo original
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.
Imagen 6. Brazo Actuador
Imagen 7.Brazo Actuador
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.
Imagen 9. Sensor de Fuerza
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.
Imagen 11. Circuito esquematico de la protesis de la mano
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.
Imagen 13. Impresión de los dedos
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 | Impresión final del dedo corazón. Se volvió 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 | Se realizó el circuito esquematico y circuito en pcb | 4 Horas | 12 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 |
| Miguel Duran | 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.
