Prótesis mano Andres Felipe
Contents
Jefe de proyecto
| Profile | Photo |
|---|---|
| Andres Felipe fuentes |
Presentacion
Este proyecto tiene como objetivo principal, diseñar y construir una prótesis mioeléctrica para el joven Andrés Felipe de 22 años quien presenta una anomalía congénita en su brazo derecho, lo cual limita algunos de los movimientos generados por la cadena muscular anterior del brazo. En particular, se ve limitado el movimiento de pronación y supinación del antebrazo, así como el rango de movilidad del dedo pulgar y la muñeca. Es importante resaltar que el dedo pulgar es el único dedo presente en la mano, sin embargo, junto con Andrés Felipe se decidió diseñar una prótesis que tenga todos los dedos de la mano.
Desarrolladores
| Maker | Foto |
|---|---|
| Sergio Quintero |
| Maker | Foto |
|---|---|
| Felipe Gomez Jasbon |
| Maker | Foto |
|---|---|
| Alex |
Recursos
Los recursos humanos y materiales necesarios para el diseño y construcción de la prótesis son:
- Estudiante de Ingeniería Mecatrónica 4 horas x semana
- Estudiante de Ingeniería Mecánica 4 horas x semana
- Estudiante de Ingeniería Electrónica 4 horas x semana
Materiales:
- TPU
- PLA
- Software de diseño "Inventor"
- Cañamo
- Servomotores
- Sensor mioeléctrico
- Componentes electrónicos básicos
- Baterías de litio
Diseño y planos
- El primer prototipo se basó en el diseño presentado a continuación: https://www.thingiverse.com/thing:3866684
- El segundo prototipo es un diseño nuevo el cual se puede encontrar en:
Etapas
Evaluación Antropométrica
Se llevó a cabo la toma de medidas del beneficiario; en este procedimiento se tomaron tanto medidas directas (Por medio del formato) como indirectas (Por medio de fotografías y scanner 3D).
Método antropométrico.
Vista palmar.
Vista dorsal.
Escaneo 3D.
Virtualización.
Formato antropométrico.
Diseño de la prótesis
Inicialmente se planteó realizar una prótesis mecánica, sin embargo, debido a que la movilidad de Andres Felipe en la muñeca es muy reducida se optó por diseñar una prótesis electrónica. Para el diseño mecánico de la prótesis, se utilizó el software CAD Autodesk Inventor para diseñar las piezas mecánicas y el software Skanect para obtener el modelo 3D de la extremidad. Este modelo virtual del brazo se utilizó como referencia en el software CAD para validar las dimensiones de las piezas diseñadas. Los primeros dos prototipos realizados utilizaron un diseño trabajado anteriormente en otras prótesis electrónicas, este diseño se encuentra refrenciado en la sección "Diseño y Planos".
Vista isométrica del primer prototipo.
Validación tamaño del socket primer prototipo.
Sistema Mecánico
13/11/2019
Esta prótesis utilizara actuadores tipo servo de los utilizados en autos 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.
Diseño de polea
Sistema Electrónico
13/11/2019
Esta prótesis es mioeléctrica esto significa que utiliza los biopotenciales generados por la actividad muscular de la extremidad para activar motores que ejecutan movimientos en la prótesis, se utiliza un sensor electromiografico Myoware que amplifica y entrega filtrada la señal electromiografica del musculo donde este se posiciona, esta señal puede ser muestreada analogamente por un microcontrolador Arduino Nano con resolucion de 8 bit (1023 muestras), con este rango de sensibilidad podemos utilizar filtros de nivel de señal para controlar y posicionar los servos SG90.
En la primera imagen de esta etapa se pueden apreciar los componentes necesarios para construir el circuito electrónico (segunda imagen), en la tercera encontramos el pinout del sensor que se conecta al pin A0 del arduino como se muestra en la imagen 4, Se debe tener en cuenta que la posicion del sensor sobre el musculo puede cambiar la señal por lo que se recomienda al beneficiario conservar siempre la misma posición (imagen 5) para que la prótesis trabaje de manera normal. En la imagen 5 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 motores dependiendo del nivel de señal de entrada, en el siguiente link se encuentra el codigo base para que el circuito controle dos servos con la señal de un sensor.
Codigo para Arduino Nano: Código Protesis Andres Felipe
Componentes Electrónicos
Circuito Electrónico
Pinout Sensor Myoware
Conexión Myoware-Arduino
Posicion de Electrodos
Diagrama de Flujo programa
Impresión 3D
El primer prototipo de la prótesis fue impreso en la Universidad Católica (Brazalete) y en las instalaciones de la Fundación Materialización 3D (Mano y dedos). A pesar de que el socket de este modelo cumplía con las dimensiones requeridas para poder ser utilizada por Andres Felipe, el tamaño de la prótesis era demasiado grande al compararlo con la mano izquierda de Andres.
Primer prototipo.
Para solucionar el sobre-dimensionamiento de la prótesis se realizó un modelo diferente en el cual la mano era más pequeña pero el espacio socket era más amplio. Esta vez todas las piezas fueron impresas en la Fundación Materialización 3D obteniendo así el siguiente prototipo.
Segundo prototipo vista superior.
Segundo prototipo vista lateral.
Acabado superficial y Ensamble
Para mejorar el acabado superficial del segundo prototipo, se lijó la parte externa de las piezas con una pulidora y lijas de calibre 100, 300, 500 y 1000. Para el movimiento de los dedos se amarró cáñamo a cada uno de los dedos para ser posteriormente amarrados a la polea del servomotor. El ensamble entre la mano y el brazalete de la prótesis se hizo utilizando dos juegos de tornillos con agujero roscado
Validación y rediseño
El 28 de Enero de 2020 se le presentó a Andres Felipe el segundo prototipo de la prótesis para poder hacer así la validación. Como se puede observar en las imágenes, el tamaño del socket y el tamaño general de la prótesis son los correctos.
Validación tamaño del Socket.
Validacion general del tamaño de la prótesis.
Después de evaluar la movilidad de Andres con la prótesis se tomó la decisión de rediseñar el prototipo incluyendo esta vez el dedo pulgar. Esto se debe a que los movimientos en este dedo son demasiado limitados para realizar agarres funcionales, adicionalmente se determinó reducir el tamaño del brazalete donde se ubican los componentes electrónicos puesto que las dimensiones del mismo no permiten que se puedan colocar prendas de vestir con mangas.
Reportes y TS
Febrero 2020
| Sábado 8 de Febrero | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Felipe Gomez Jasbon | Modelado antebrazo | 4 Horas | 12 TS |
| Sergio Quintero | Modelado antebrazo | 2 Horas | 6 TS |
Enero 2020
| Martes 28 de Enero | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Presentación primer prototipo, segunda toma de medidas y escaneo 3D | 1 Horas | 3 TS |
| Sabado 25 de Enero | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Presentación proyecto nuevos miembros y finalización ensamble primer prototipo | 4 Horas | 12 TS |
| Felipe Gomez Jasbon | Finalización ensamble primer prototipo | 3 Horas | 9 TS |
| Alex | Finalización ensamble primer prototipo | 3 Horas | 9 TS |
Diciembre 2019
| Miércoles 18 de Diciembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Electrónica y ensamble | 4 Horas | 12 TS |
| Miércoles 11 de Diciembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Modelado, impresión electrónica | 4 Horas | 12 TS |
| Martes 10 de Diciembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Modelado, impresión electrónica | 4 Horas | 12 TS |
Noviembre 2019
| Jueves 14 de Noviembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Sergio Quintero | Impresión y ensamble prótesis - Evento city | 7 Horas | 21 TS |
| Miercoles 13 de Noviembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Fabian Bustos | Documentación Sistema Mecánico y Sistema Electrónico | 6 Horas | 18TS |
| Sergio Quintero | Impresión y ensamble prótesis | 8 Horas | 24 TS |
| Viernes 8 de Noviembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| Fabian Bustos | Taller de construcción de protesis con estudiantes de la U Católica | 2 Horas | 6 TS |
Septiembre 2019
| lunes 9 de septiembre | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| defigueredor | xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx | x Horas | x TS |
Agosto 2019
| viernes 30 de agosto | Descripción | Tiempo | TS |
|---|---|---|---|
| miguel duran | ayudar a las tomas de medidas | 3 Horas | 9 TS |
| luna | ayudar a las tomas de medidas | 3 Horas | 9 TS |
| jeff | ayudar a las tomas de medidas | 3 Horas | 9 TS |
