Exoesqueleto Julian

Jefe de proyecto

Maker	Image	Profile
Castillo Angela		English Francais Español

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

* humanos

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 mes.

Psicólogo
Fisioterapeuta
2 makers

* materiales

impresora Bogohack comprada en 2014
Impresora fabricada por Jesus para M3D en 2019

materiales	procedencia	fecha	costo
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxxxxxxxxxxx	xxxxxxxxxx
filamento	protolab	2/08/19	50 000

Desarrolladores

Maker	Foto
Daniela Arboleda

Maker	Foto
Bustos Fabian

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, se espera que la protesis ademas de ser una solución funcional para mejorar la movilidad, sea tambien una herramienta que le de una identidad en el ambiente escolar, personal y familiar.

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, esta prótesis sera una extensión de la extremidad, se habilitará una mano flexible con un movimiento de pinza basico inicialmente.

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
Imagen 6. Palma anterior y nueva prótesis
Imagen 7.Detalles de la mano
Detalle de tapa
Tapa de motor

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 Creating_Protesis_con_rotacion_de_muneca de Miguel Durán.

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.

Inicialmente se ha probado el control del movimiento del actuador lineal utilizando 2 microswitch como finales de carrera, los cuales en el firmware activan o desactivan el movimiento del motor hasta que sean activados por la pieza movil, la dirección se define por la presión que existe en el sensor, si la señal del control manual supera un umbral definido dentro de los 800 niveles de señal, se conservaran las primeras 200 unidades como zona de seguridad donde el sensor no generara acción alguna, este valor puede variar y puede ser ajustable manualmente desde un trimmer conectado a un pin analogo.

Se utilizara una resistencia conectada como sensor de consumo de corriente en el circuito de control de motores, con la señal de este sensor de corriente sabremos con precision el esfuerzo que hace el motor y los picos de corriente maximos que el motor puede manejar, asi el programa tiene definidos los puntos donde el mecanismo presenta un problema de movimiento y la decisión de seguridad es no permitir movimiento del motor hasta el proximo reset.

La secuencia de inicio del programa toma una evaluación rapida del estado de los sensores y del desempeño del motor, si existe alguna falla se genera un reporte por el puerto serial.

Imagen 11. Circuito esquematico de la protesis de la mano
Imagen 12. Circuito pcb de la protesis de la mano
Imagen 9. Sensor de Fuerza
Imagen 10.Prototipo de Circuito Electrónico

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 da a los dedos su propiedad elástica y mejora el agarre de objetos.

La impresión de los polimeros flexibles como TPU, TPE, eFlex, NinjaFlex entre otros requiere un ajuste de la velocidad de impresión, normalmente la velocidad segura de impresión es de 5 a 20 mm/s o la cuarta parte de la velocidad normal con plásticos rígidos como PLA (30-60 mm/s), la temperatura de impresión promedio es de 210 grados, puede variar dependiendo del fabricante.

Imagen 13. Impresión de los dedos
Imagen 14. Impresión de los dedos
Dedos de la mano
Piezas del brazo
Bisagra para tapa
Software de impresion 3D

PostProceso y Ensamble

22/09/2019

Se ha rediseñado el brazo para hacer el ensamble de manera modular, estas piezas se unieron utilizando adhesivo de plastico PLA diluido en Cloruro de Metileno, este brazo se imprime en 4 partes que terminan en dos piezas, la primera es el armazon que sostiene la mano y la segunda es una tapa de cierre lateral con broche para asegurar el brazo. El volumen de relleno que se ha utilizado en estas piezas es de 20%, gracias a esto las partes plasticas no representan un peso importante para la prótesis.

Prototipo de palma
Impresión de piezas
Ensamble modular de brazo
Ensamble modular de brazo
Prototipo de Tapa para Palma
Ensamble de la parte lateral

Se ha diseñado una tapa de material flexible que se ubicará en la palma de la mano protésica protegiendo la extremidad, en esta tapa se instala también el sensor electrónico de presión que controla el movimiento de la prótesis.

Se imprime el mecanismo móvil de la prótesis con su tapa y el protector de la batería

Protesis pintura

Actividades

Reportes y TS Octubre 2019

Lunes 14 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Prueba de nuevo mecanismo de accionamiento de los dedos	7 Horas	21 TS

TODO: Se deben diseñar el soporte de los resortes, comprar resortes, rediseñar tarjeta pcb, rediseñar tapa de bateria

Sabado 12 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Se ha probado el mecanismo de actuador lineal	7 Horas	21 TS
thereduck	junto a Fabian Bustos se observaron el funcionamiento y accionar del movento de los dedos y su mecanismo y fabian diseño un mecanismo mas eficaz para el accionar de los mismo	2 Horas	6 TS

Comentarios: Se ha encontrado una falla en el actuador lineal que mueve los dedos de la prótesis, se diseñara e implementara un mecanismo mas sencillo

Viernes 11 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Ensamble de actuador lineal	4 Horas	12 TS

Jueves 10 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Rediseño de partes mecánicas del actuador	4 Horas	12 TS

Miercoles 9 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Rediseño de partes mecánicas del actuador	4 Horas	12 TS

Martes 8 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Pruebas de fuerza de agarre	4 Horas	12 TS

Lunes 7 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Arreglo de detalles de pintura	4 Horas	12 TS

Sabado 5 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Ajuste y pintura de tapa de motor	4 Horas	12 TS

Viernes 4 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Ajuste y pintura de tapa de batería	5 Horas	15 TS

Jueves 3 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Impresión y cambio de dedos meñique y pulgar	5 Horas	15 TS

Miercoles 2 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Pruebas de circuito electrónico	3 Horas	9 TS
Daniela Arboleda	Ensamblar algunas partes de la prótesis	5 Horas	15 TS

Martes 1 de Octubre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble de la prótesis	5 Horas	15 TS
Daniela Arboleda	Ajustes en el interior de la prótesis	3 Horas	12 TS

Reportes y TS Septiembre 2019

Lunes 30 de Septiembre	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble de la protesis	4 Horas	12 TS
Daniela Arboleda	Reposicion del dedo meñique	3 Horas	9 TS

Sabado 28	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble de la prótesis	9 Horas	27 TS

Viernes 27	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble de la protesis	6 Horas	18 TS
Daniela Arboleda	Impresion de algunas partes de las protesis	2 Horas	9 TS

Jueves 26	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble de la protesis	6 Horas	18 TS
Daniela Arboleda	Diseño de la tapa donde se ubica el motor e impresión	5 Horas	15 TS

Miercoles 25	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble del Brazo	4 Horas	12 TS
Daniela Arboleda	Modificación del Diseño, impresión y ensamble	7 Horas	21 TS

Comentarios: Se debe buscar neopreno y las pinturas para el acabado final de la prótesis.

Martes 24	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble del Brazo	3 Horas	9 TS
Daniela Arboleda	Diseño, Impresión y Ensamble del Brazo	6 Horas	18 TS

Comentarios: Se debe buscar neopreno y las pinturas para el acabado final de la prótesis.

Lunes 23	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Diseño, Impresión y Ensamble del Brazo	6 Horas	18 TS
Daniela Arboleda	Diseño, Impresión y Ensamble del Brazo	5 Horas	15 TS

Comentarios: Se debe buscar neopreno y las pinturas para el acabado final de la prótesis.

Sabado 21	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Ensamble del brazo	6 Horas	18 TS
Daniela Arboleda	Ensamble del brazo	3 Horas	9 TS

Comentarios: Se debe buscar neopreno y las pinturas para el acabado final de la prótesis.

Viernes 20	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Impresion de piezas	7 Horas	21 TS
Daniela Arboleda	Impresion de piezas	3 Hora	9 TS