Jefe de proyecto
Plan de trabajo
- Programación de prótesis 7-11 Sep
- 02 de octubre entrega final
Presentación
Erick es un niño de 14 años y habita en la ciudad de Bogotá, en el pasado ha sido beneficiario de la fundación con una protesis mecánica personalizada con motivo del personaje Optimus Prime de la pelicula Transformers.
En este proyecto se desarrollará una prótesis mioeléctrica para su brazo izquierdo, la cual le servirá para mejorar su movilidad y será la plataforma de entrenamiento para futuras prótesis mas avanzadas.
Objetivo
Este proyecto es un proyecto de vida para Erick. Vamos a documentar aquí todos los modelos de prótesis que va a recibir Erick durante su proceso de crecimiento, tratando de tener para él siempre los mejores avances de la tecnología, para que el uso de la prótesis puede ser cada vez más útil para él.
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 30 días.
- Psicólogo
- Fisioterapeuta
- Ingeniero Mecatrónico
- Ingeniero Electrónico
- Diseñador Industrial
- Artista Gráfico
Desarrolladores
Etapas
Evaluación Psicológica
Erick y su madre nos cuentan que la Fundación ya ha construido una prótesis para el muchacho hace algunos años, con motivo del robot Optimus Prime de la serie Transformers, nos han explicado que a causa de un incendio la protesis lamentablemente ya no existe y Erick necesita su protesis para mejorar su desempeño en las tareas diarias.
Evaluación Antropométrica
Presenta malformación al nivel de la muñeca. Por petición del beneficiario la prótesis que se va a producir sera corta, empezando en la parte media del antebrazo, y deberá ejecutar al menos 3 posiciones diferentes en la mano. Utilizará un sensor electromiográfico para controlar los movimientos de la mano.
Modelo Procesado de Extremidad
Se ha tomado el scan 3D con un sensor tipo Kinect, el modelo resultante presenta imperfecciones en la superficie y se debe recortar para obtener solamente la superficie sobre la que se diseñara la prótesis, se utilizó el software Rhinoceros 6 para limpiar el modelo y se elimino la malla no necesaria.
- Link scan 3D Extremidad: [[1]]
Diseño de Prótesis
Tomando como base el Scan 3D y las medidas tomadas el día Sabado 21 de Septiembre, hemos hecho un modelo base de la prótesis sobre el cual se empezarán a diseñar los componentes de esta solución, bajo solicitud del beneficiario se respetará la superficie exterior del socket y se conservará un diámetro no mayor a ___mm para que su utilización con la ropa sea una experiencia más comoda comparada con su anterior prótesis, hasta el momento el único elemento que puede aumentar el tamaño del brazo es la batería, se hara lo posible por mantener las tolerancias de volumen dentro del límite permitido.
20/11/2019
Erick ha elegido el estilo que quiere para su prótesis, se trata de el modelo de brazo biónico futurista presentado por 3D Systems en Junio de 2015, en la imagen de la derecha se puede apreciar el modelo de prótesis mecánica diseñada para beneficiarios con extremidad a nivel medio de la mano, se tomarán los datos de la evaluación antropométrica para escalar los modelos de los dedos, palma y brazo a las medidas reales, se modificará el diseño original de la palma para alojar los actuadores y el circuito electrónico, la batería se posicionará a la altura del brazo o se definirá si es más viable dejarla para conectar y cargarla en el bolsillo mientras esta alimenta la prótesis por medio de un cable, esto se hace pensando en la facil utilización e interacción con las vestiduras , se utilizarán materiales rígidos y flexibles en diferentes zonas de la protesis dependiendo del análisis mecánico.
Modelo base de la prótesis
Analisis Mecánico
Esta prótesis sera mioelectrica y tendra un movimiento de agarre progresivo, se trata de una estrategia cinemática con la que es posible tener varios niveles de agarre con una sola señal de entrada y un solo actuador mecanico, de este modo la prótesis al recibir un estimulo electromiográfico de nivel bajo, el motor realizaria un agarre tipo pinza tripode (dedos pulgar, indice y medio) y en el momento de recibir una señal de biopotencial mas alto el mecanismo engrana los dedos restantes (dedos anular y meñique), para terminar en una posicion de agarre cilíndrica/esférica, con esto se espera que el beneficiario con un poco de control sobre su actividad muscular en la extremidad, pueda tomar y sostener tanto objetos pequeños utilizando la punta de los tres dedos iniciales o objetos no mayores a la palma de la mano y de un peso no mayor a 150gr. Es posible dejar un grado de libertad de inclinación de 45 grados de extensión en la muñeca, este avance sera opcional dependiendo del espacio que tengamos disponible para un motor adicional.
Posición de Servos Dactilares
Movimientos de Flexión y Extensión de la Muñeca
Diseño de mecanismo de Flexión y Extensión de la Muñeca
Esta prótesis utilizara actuadores tipo servo de los utilizados en modelos de RC, estos motores flexionaran los dedos por medio de hilos que se enrollan sobre poleas cuando los motores se activan, el movimiento de los dedos se reduce a un desplazamiento lineal menor a 4cm de longitud en los hilos, que es el rango entre dedos extendidos y completamente contraidos, al utilizar motores de este tipo se debe diseñar una polea compatible con el mismo teniendo en cuenta que la mitad de la circunferencia sea igual al desplazamiento del dedo, esto se debe a que el servo tiene un giro controlable de 0 a 180 grados como se muestra en la siguiente imagen.
Analisis Electrónico
Esta prótesis será eléctrica, esto significa que utiliza un sensor para detectar una fuerza aplicada por la actividad muscular de la extremidad y así activar los motores que ejecutan movimientos en la prótesis. El sensor es Sensor de Presión el cual al detectar una flexión en la membrana el sensor cambia su resistencia interna, esta señal puede ser muestreada analogamente por un microcontrolador Arduino Nano con resolucion de 8 bit (1023 muestras), y por medio de esto se controlara el movimiento de los servomotores de los dedos servomotormg90s y la muñeca servomotors3003.
En la primera imagen se pueden apreciar los componentes necesarios para construir el circuito electrónico, en la segunda imagen se observa las conexiones de los componentes, en la tercera imagen se evidencia a tener en cuenta la posicion del sensor sobre el musculo ya que puede cambiar la señal por lo que se recomienda al beneficiario conservar siempre la misma posición para que la prótesis trabaje de manera normal.
En la imagen 4 se muestra el diagrama de flujo del programa utilizado en el Arduino Nano, el programa basicamente toma datos de un pin análogo y ejecuta diferentes movimientos en los servomotores dependiendo del nivel de señal de entrada, en el siguiente link se encuentra el codigo para que el circuito controle los servos con la señal del sensor. Codigo para Arduino Nano: Código Protesis Erik
Se instaló un switch para indicar si se quiere mover la muñeca o los dedos, con este metodo el usuario tendrá mas control sobre su prótesis.
Imagen 1:Componentes electrónicos
Imagen3: Posicion de Electrodos
Impresión 3D
11/12/2019
Se ha realizado una impresión de prueba de la palma y algunos dedos del modelo publicado por 3D Systems y e-Nable, se encuentran defectos de estabilidad en el movimiento de flexión de los dedos, dado que las protesis normalmente estan sometidas a esfuerzos considerables y requieren cierta precisión en los movimientos, se modificará el diseño original de los dedos para que sean articulados y ensamblados con tornillos pequeños, el objetivo es de aprovechar al maximo el torque de los actuadores para que la mano presente buen desempeño en el agarre de pequeños y medianos objetos, para mejorar la efectividad del agarre aún más se tratara de instalar en la superficie de las falanges distales unos fingergrips (Imagen 4 y 5), los cuales han sido muy utiles en las prótesis mecánicas antes producidas en la fundación.
Impresión de palma y dedos
19/12/2019
Se ha terminado el diseño de la muñeca de la prótesis, esta muñeca puede generar posiciones de flexión y extensión en un rango de 120 grados, esto le dara al beneficiario la capacidad de tomar objetos sin modificar su postura corporal, el control de esta rotación se enlistará en los filtros digitales del microcontrolador.
28/01/2020
Se ha modificado el modelo original de los dedos para realizar el ensamble final con tornillos pequeños, se han impreso todos los dedos de la mano y se ha hecho un ensamble temporal para verificar su correcto funcionamiento.
Preparación para impresión
Ensamble
27/02/2020
Calibración y Entrega
| Componente |
Presupuesto
|
| Arduino Nano |
13.000
|
| Sensor de Fuerza/Presión |
25.000
|
| Servomotor |
12.000 und
|
| Resistencia |
5.000
|
| Switch |
1.000
|
| Cables |
7.000
|
| Pilas Li-ion |
14.000 und
|
| Cargador |
$
|
| Adaptador de pilas |
$
|
| Total |
$
|
Programación Prótesis Erik
- include <Servo.h>
// Declaramos las variables para controlar el servo
Servo servoMotor1; //Dedo pulgar
Servo servoMotor2; //Dedo corazón
Servo servoMotor3; //Dedo indice
Servo servoMotor4; //Dedo anular y meñique
Servo servoMotor5; //Muñeca
int AnalogPin = 0; // Sensor conectado a Analog 0
int angulo = 0;
int Activacion;
const int BOTON = 3;
int val = 0;
int state = 0;
int old_val = 0; // almacena el antiguo valor de val
void setup() {
Serial.begin(9600);
servoMotor1.attach(5);
servoMotor2.attach(6);
servoMotor3.attach(6);
servoMotor4.attach(8);
servoMotor5.attach(10);
}
void loop() {
val= digitalRead(BOTON); // lee el estado del Botón
if ((val == HIGH) && (old_val == LOW)){
state=1-state;
delay(10);
}
old_val = val; // valor del antiguo estado
if (state==1){
Activacion = analogRead(AnalogPin); // La Resistencia es igual a la lectura del sensor (Analog 0)
Serial.print("Lectura Analogica = ");
Serial.println(Activacion);
if (Activacion>150){
servoMotor5.write(angulo);
delay(10);
angulo++;
if(angulo>180) angulo = 0;
}}
else{
Activacion = analogRead(AnalogPin); // La Resistencia es igual a la lectura del sensor (Analog 0)
Serial.print("Lectura Analogica = ");
Serial.println(Activacion);
if (Activacion>150){
servoMotor1.write(angulo);
servoMotor2.write(angulo);
servoMotor3.write(angulo);
servoMotor4.write(angulo);
delay(10);
angulo++;
if(angulo>180) angulo = 0;
}
}
}
Actividades
Reportes y TS 2020
Octubre
Semana del 03 al 06 de noviembre
| Martes 03
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Ayuda en la parte de soldar el circuito |
4 Horas |
12 TS
|
| Sebastian R. |
**** |
5 Horas |
15 TS
|
| Salomé Pérez |
Lijado de las ultimas piezas impresas, ayuda en el proceso de soldar el circuito |
4 Horas |
12 TS
|
| David Vargas |
Ayuda en la parte de soldar el circuito y lijar las nuevas piezas de la prótesis |
2 Horas |
6 TS
|
Semana del 19 al 23 de octubre
| Viernes 23
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Pasar todo al arduino mega ya que el ardino nano se daño - Visita a la fundación y mostar parte electrónica a Erik y Margarita |
9 Horas |
27 TS
|
| Jueves 22
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Ensamble de Arduino y baterías en la pieza donde va la parte electrónica |
9 Horas |
27 TS
|
| David |
Ensamble de Arduino y baterías en la pieza donde va la parte electrónica y ajustes de inobedientes para el correcto funcionamiento de la mano |
5 Horas |
15 TS
|
| Miércoles 21
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Visita a la fundación: Entrega de materiales - Entrega de piezas impresas en 3D - Plano electronica en la pagina " Circuit design TINKERCAD" para que david se pueda guiar |
8 Horas |
24 TS
|
| David |
Recoger piezas en la fundación y trabajar en el ensamble de la parte electrónica con la mano de la prótesis |
2 Horas |
6 TS
|
| Martes 20
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Unión de circuitos |
7 Horas |
21 TS
|
| Lunes 19
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Unión de la parte de programación del switch a la programación de la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
Octubre
| Viernes 16
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Parte electronica del switch y programación |
7 Horas |
21 TS
|
| David |
Nuevo diseño CAD de la parte electrónica debido al cambio de batería |
2 Horas |
6 TS
|
| Jueves 15
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Diseño en hoja del sistema electrónico y programación del switch |
6 Horas |
18 TS
|
| Miércoles 14
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación y propuesta para el cambio de bateria en la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Martes 13
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
| Viernes 9
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
| Jueves 8
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
| Miercoles 7
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
| Martes 6
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
| Lunes 5
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de diseño en el tornillo |
6 Horas |
18 TS
|
Septiembre
| Miércoles 30
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Ajuste de los dedos y pruebas de estos cogiendo algún objeto |
7 Horas |
21 TS
|
| Martes 29
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación de alternativas de baterias para la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Lunes 28
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Reunión con David, desarme de prótesis, empezar a armar la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| David |
Reunión con David, desarme de prótesis, empezar a armar la prótesis |
1 Horas |
3 TS
|
| Viernes 25
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Reunión con Diana, Reunión con David para rediseñar la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Jueves 24
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Ajustes de prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Miercoles 23
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación de otras alternativas y diseño |
7 Horas |
21 TS
|
| Martes 22
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación de otras alternativas y diseño |
7 Horas |
21 TS
|
| Lunes 21
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Corrección de errores en la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Sábado 19
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Visita a la fundación, ajuste de prótesis con Erik y corrección de errores |
5 Horas |
15 TS
|
| Viernes 18
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Ajuste prótesis |
7 Horas |
21TS
|
| Jueves 17
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Circuito y funcionamiento |
7 Horas |
21 TS
|
| Miércoles 16
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Circuito y soldadura |
7 Horas |
21 TS
|
| Viernes 11
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Programación código |
7 Horas |
21 TS
|
| Miercoles 9
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Programación código y parte electrónica de la prótesis |
7 Horas |
21 TS
|
| Viernes 4
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Revisión electrónica y de programación, formulación y diseño de nuevas ideas |
7 Horas |
21 TS
|
| Miércoles 2
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Reunción con Johan García y Fabian Bustos para despejar dudas con respecto a la prótesis, funcionamiento y diseño. |
1 Horas |
3 TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación y lista de los materiales faltantes, planeación del proyecto. Comprobación del funcionamiento de los servos con su respectivo código. |
6 Horas |
18 TS
|
| Martes 1
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Visita a la fundación de materialización 3D con el fin de recoger la prótesis de Erik |
3 Horas |
9 TS
|
| Nicoll Cáceres |
Observar detalladamente la prótesis de Erik, realizar un informe de dudas y sugerencias con respecto al diseño y la parte electrónica |
5 Hora |
15 TS
|
Agosto
| Lunes 31
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Nicoll Cáceres |
Investigación y nuevas ideas para la prótesis de Erik |
3 Horas |
9 TS
|
Marzo
| Sábado 14
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| David F |
Reunión del proyecto |
1 Hora |
3 TS
|
| Fabian Bustos |
Toma de medidas y ajuste de detalles finales |
6 Horas |
18 TS
|
Febrero
| Jueves 27
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Ensamble de Brazo, Mano y Diseño de Socket |
6 Horas |
18 TS
|
| Sebastian Martinez |
Medicion y ajuste de los hilos |
3 Horas |
9 TS
|
| Lunes 24
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Lunes 24/02 |
Valentina Osorio |
Impresión de tapa superior e inferior del brazo de la prótesis |
2 Horas |
6 TS
|
| Lunes 24/02 |
María José |
Impresión de tapa superior e inferior del brazo de la prótesis |
2 Horas |
6 TS
|
| Lunes 24/02 |
Fabian Bustos |
Diseño de tapa superior e inferior del brazo de la prótesis |
2 Horas |
6 TS
|
Enero
| Jueves 30
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño de brazo, compartimiento para circuitos |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Impresión de piezas del brazo.
| Miercoles 29
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño de brazo, compartimiento para circuitos |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar el diseño del brazo.
| Martes 28
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Impresión y ensamble de los dedos en la palma |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar el diseño del brazo, acondicionar compartimiento para circuitos.
| Miercoles 22
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Impresión de dedos medio e indice |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar la impresión de los dedos.
| Martes 21
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Impresión de dedos meñique y anular |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar la impresión de los dedos.
| Lunes 20
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Edición de modelo de dedos para impresión |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar la edición de modelos de los dedos para impresión.
Reportes y TS 2019
Diciembre
| Domingo 22
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Edición de modelo de dedos indice y medio para impresión en material flexible |
8 Horas |
24 TS
|
TODO: Continuar la edición de modelos de los dedos para impresión en material flexible.
| Viernes 20
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Edición de modelo de dedo meñique para impresión en material flexible |
6 Horas |
18 TS
|
TODO: Continuar la edición de modelos de los dedos para impresión en material flexible.
| Jueves 19
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Impresión 3D de pieza para la muñeca |
2 Horas |
6 TS
|
TODO: Modificar modelos de los dedos para impresión en material flexible.
| Jueves 12
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño final de la muñeca para impresión 3D |
12 Horas |
36 TS
|
| Sebastian Martinez |
Impresión 3D de pieza para la muñeca |
1 Hora |
3 TS
|
TODO: Repetición de impresión debido a corte de energia en la maquina.
Preparar los modelos finales disponibles para impresión en FabLab M3D Bogota.
Modificar modelos de los dedos para impresión en material flexible.
| Martes 10
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Impresión y prueba de palma y dedos |
4 Horas |
12 TS
|
TODO: Preparar los modelos finales disponibles para impresión en FabLab M3D Bogota.
Modificar modelos de los dedos para impresión en material flexible.
| Lunes 9
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño final de Socket y mecanismo de inclinación de la muñeca |
4 Horas |
12 TS
|
TODO: Finalización de modelos para impresión y diseño de manual de ensamble.
| Domingo 8
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño final de Socket y mecanismo de inclinación de la muñeca |
8 Horas |
24 TS
|
TODO: Finalización de modelos para impresión y diseño de manual de ensamble.
Noviembre
| Miercoles 20
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Escalado de los nuevos dedos para impresión, Simulacion en software para analisis de posición de batería |
3 Horas |
9 TS
|
TODO: Diseño del sistema mecánico y adecuación de espacios para circuitos, actuadores, sensor y batería
| Viernes 15
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Diseño básico de Socket y adaptacion a la mano |
3 Horas |
9 TS
|
| Sebastian Martinez |
Escalado de palma y dedos a medida de la extremidad derecha |
3 Horas |
9 TS
|
TODO: Diseño del sistema mecánico y adecuación de espacios para circuitos, actuadores, sensor y batería
Octubre
| Miercoles 9
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Edición de Scan 3D en Rhinoceros |
4 Horas |
12 TS
|
| Sebastian Martinez |
Procesamiento del escaneo y actualizacion de la Wiki |
1 Hora 40 minutos |
5 TS
|
TODO: Diseño de socket con el scan 3D disponible
Septiembre
| Sabado 21
|
Descripción
|
Tiempo
|
TS
|
| Fabian Bustos |
Scanner 3D y Toma de Medidas |
2 Horas |
6 TS
|
Comentarios: Queda pendiente la asignación de colaboradores
