Segunda protesis para Matias

Jefe de proyecto

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Rojas Julian		English Francais Español

Presentacion

Historico

Matias es un niño de 10 años, vive en la ciudad de Bogotá D.C- Colombia, anteriormente ha sido beneficiario de la fundación M3D, en agosto de 2017 los voluntarios de M3D , Andres tolosa, Javier Garzon, Jaime Galindo, Cristina Aceveda y Nicolas Huchet fabricaron la primera prótesis mioelectrica de Matias. Actualmente se busca desarrollar una prótesis mioelectrica mas ajustadas a sus medidas corporales, ademas de integrar la temática a gusto del beneficiario, en este caso de Santa Fe su equipo de fútbol preferido.

Objetivo

Fabricar una nueva protesis para Matias y entregarla en octubre 2019

Recursos necesarios

   * Recursos humanos:
   * Coordinadores que recepcionan y administran el dia a dia del fablab, del lunes al sabado: 3 horas en la mañana y 3 en la tarde.
   * fisioterapeuta: 2 horas
   * Psicologo: 5 horas
   * ingenieros: 90 horas
   * Fablab manager: 20 horas
   * diseñador: 90 horas

   * Recursos financieros:
   * Servomotor, baterias, sensores para la protesis:700.000cop(200€)
   * Materiales para impresion y diversas heramientas: 350.000cop(100€)
     Total presupuesto: 1.050.000cop(300€)

Equipo

Ingenieros y fablab managers:

Maker	Foto
Luna León

Maker	Foto
Jeferson Hernandez

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Kraszewski Nicolas

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Bustos Fabian

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mabloc

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Cris

Fisioterapeuta:

Maker	Foto
Lorena13

Psicologo:

• Andres?

Diseño y planos

• Link Diseño: https://www.thingiverse.com/thing:3836109

Etapas

Evaluación Psicológica

Matias es un niño muy activo y apasionado por los deportes, su deporte favorito es el fútbol por lo cual ha elegido a Santa fe como temática para su nueva prótesis, se espera que esta ayude de manera funcional a su movilidad y que lo represente como un sello de su personalidad y gustos

Evaluación Antropométrica

Matías tiene una amputación a nivel del codo en el brazo derecho, esta prótesis sera una extensión de la extremidad a modo de codo y antebrazo la cual permitirá el movimiento de codo en un grado de libertad y mano flexible con un movimiento de pinza básico inicialmente.

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  Vista Frontal

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  Vista Lateral

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  Vista Superior

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  Medidas tomadas

Diseño de Extremidad

Para tener un modelo tridimensional del muñón de Matías se utilizó el software Skanect el cual realiza un scaner en 3D de la extremidad permitiendo recrearla digitalmente y así tener un referente al modelar la prótesis y sobretodo el socket para que las dimensiones sean adecuadas a las corporales del beneficiario, este modelo se escalo deacuerdo a las medidas antripometricas de Matias para asi tener en cuena los volumenes que ocupan los componentes mecánicos y el circuito electrónico para el correcto funcionamiento de la prótesis

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  Escaner extremidad superior derecha Matías

Diseño de la Prótesis

Teniendo en cuenta las mediciones antropométricas tomadas y el scaner realizado se empezo el proceso de modelamiento de la prótesis y socket, para esto se tuvo en cuenta el espacio para la adecuación de los circuitos funcionales y la mecánica de funcionamiento de la prótesis, ademas se busco que la prótesis fuera mas corta y que se asemeje lo mayor posible a sus medidas antropometricas reales.

En segunda instancia se busco implementar un diseño del equipo de fútbol Santa Fe basado en la imagen .... con el fin de personalizar la prótesis de acuerdo al gusto de Matias

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  Modelo preeliminar Prótesis antebrazo de Matias

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  Modelo preeliminar socket Matias

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  Modelo preeliminar Prótesis antebrazo y socket Matias

Posteriormente se empezaron a realizar modificaciones a estos diseños ya que se encontraban fallas en su funcionalidad y/o resistencia.

Materiales de construcción

Para los materiales de construcción se tuvieron en cuenta cada una de las funciones que iba a desempeñar cada parte. Así, el socket, el antebrazo, la muñeca y algunas partes de la mano se imprimieron en el material PLA que es el más resistente

Socket

En un principio el socket se había diseñado con base en la forma del muñón de Matías, buscando cubrirlo en su totalidad (imágenes 1 y 2). En él se encuentran dos piezas que unen el socket con la prótesis del antebrazo y permiten el movimiento de ésta, una pieza se encarga de anclar el servomotor que moverá la prótesis y que hará de codo, y la otra, es un eje rotatorio de apoyo al socket. Sin embargo, este diseño no presentaba mucha firmeza y resistencia frente a esfuerzos mecánicos altos, por lo cual se descartó la idea de tener dos partes del socket.

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  Imagen1: Primera modificación socket

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  Imagen2: Primera modificación socket

Posteriormente, se rediseñó el socket con el fin de que una sola pieza cubriera más área del brazo y así mejorar su resistencia a esfuerzos, adicional a esto se le hizo un espacio al sensor mioeléctrico que se va a utilizar ya que antes no se había tenido en cuenta y se mejoraron los anclajes al socket de las piezas de unión a la prótesis. Se imprimió la pieza de unión al servo para verificar que encajara bien.

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  Imagen3: Segunda modificación socket

Después se volvió a rediseñar el socket debido a que en una sola pieza la impresión era complicada y no quedaba bien, por lo cual, se diseñaron unas muescas para poder anclas las piezas de unión y así poder imprimir el socket y quedara bien.

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  Imagen4: Modificación final del socket

Antebrazo

Para el diseño del antebrazo se tuvo en cuenta el registro fotografico, el cual se inserto en el programa de modelamiento fusion 360 con el fin de diseñar la protesis lo mas similiar a su extremidad izquierda como se ve en las imagenes 1 y 2, una vez realizado el modelamiento se escalo a las medidas antropometricas reales de Matias y se procedio a realizar las piezas internas para el adecuameinto de los sistemas electronicos, mecanicos, y de energia.

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  thumb

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  thumb

Inicialmente se diseño una pieza interna para la adecuación del servomotor que cumple la funcion de movimiento de codo y para las baterias de alimentacion de la protesis, para ello se tuvo en cuenta que esta pieza ajustara exactamente en el modelo de antebrazo ya que sobre la misma se ensamblaria el socket y se ejecutaria la mayor fuerza al momento de mover el antebrazo (flexión en el codo). Para este diseño de protesis se busca que el eje del servomotor sobresalga del diseño de antebrazo, esto debido a que debe ir unido a las extenciones del socket las cuales son rigidas y de esta manera permitir el movimiento, por otra parte en el lado opuesto de la pieza se realiza una extencion a modo de eje con el fin que sobresalga del modelo de antebrazo ya que esto permitira que se genere rotación, esta pieza es de gran importancia ya que sin ella no exixtiria movimiento del antrebazo, mano y muñeca.

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  Pieza interna para acople motor y baterías

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  Diseño de eje de rotación (rojo) y modificaciones de encaje a antebrazo (naranja)

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  Compartimiento para baterías(verde)

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  Perforaciones para tuercas(azul) y tornillos para acople de servomotor(verde)

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  Ensamblaje de servomotor a pieza de acople

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  Ensamblaje de servomotor y pieza a antebrazo

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  Vista de ensamblaje de servomotor

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  Vista de ensamblaje final al antebrazo

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  Adecuación de pieza interior a antebrazo

Para la adecuación de la parte mecánica se realizo el diseño de una pieza en forma de lamina en la que se fijaron tanto los piñones como los motoreductores los cuales ejercerían el movimiento de los dedos para generar dos tipos de agarre

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  Pieza en forma de Lamina

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  Adecuación de motores y piñones vista diagonal

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  Adecuación de motores y piñones vista superior

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  Adecuación de motores y piñones vista lateral

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  Adecuación de motores y piñones vista diagonal con ensamble a antebrazo

Análisis Mecánico

Para esta prótesis se busca inicialmente dos tipos de movimientos, el primero el movimiento del codo.... y en segundo lugar el movimiento de los dedos generando dos tipos de agarre.....

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  Movimiento que se busca generar por el codo diseñado en la prótesis

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  Movimiento tip de los dedos para generar un primer agarre

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  Movimiento palmar los dedos para generar un segundo agarre

Para la ejecución de los movimientos presentados anteriormente se utilizan diferentes motores y adecuaciones como se muestran a continuación:

• Movimiento de flexión y extensión del brazo:

Para el movimiento de flexion y extension se utiliza el servomotor Tower Pro MG 996R... con el fin de generar la fuerza suficiente para el movimiento del antebrazo, teniendo en cuenta su peso, ya que en el antebrazo es donde se adecua la mayor parte electrica, electronica y mecanica, ademas se busca generar la rapida ejecucion del movimiento...

• Movimiento Tip y palamar de los dedos para generar agarres:

Para la ejecucionn de lo movimientos de piza de la mano se utilizaron motoreductores debido a su alo torique y capacidad de generar compresion de los dedods, genrando la suficiente fuerza para levantar objetos de peso liviano, ademas de una velocidad buena para la ejecicion de los movimientos

-Tip: Para este movimiento se implemento un motoreductores.... el cual lleva en el eje un piñon linela y a su vez va unido a un piños de ... deintes el cual lleva una polea, en la cual se uniran los hilos que moveran los dedos pulgar, indice y corazon.

-Palmar: Para este movimiento se implementaron dos motoreductores, el primero es el motoreductor implementado en el movimiento tip pero adicionalmentre se implemento un mtoreductor el cual lleva en el eje un piñon linela y a su vez va unido a un piños de ... deintes el cual lleva una polea, en la cual se uniran los hilos que moveran los dedos anular y meñique de esta manera el movimiento generado sera de todos los dedos a la vez

Mano

Para el diseño de la mano se tuvo en cuenta que se pudieran realizar los movimientos (TIP y Palmar) de la mejor manera y que cumplan correctamente su función de agarre; por ello, se realizó un análisis de los movimientos con el fin de saber desde dónde se realizan, de qué manera se hacen y las partes involucradas en éste, posteriormente se definieron los requerimientos para cada movimiento (Tabla 1). Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó una búsqueda de los posibles modelos que ayudaran a cumplir dichos requerimientos, de allí se presenta el primer prototipo de la mano que se obtuvo de https://www.thingiverse.com/thing:3674539.

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  Primer prototipo mano

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  Primero prototipo mano

Sin embargo, como se puede observar en las anteriores imágenes todos los dedos se encuentran unidos, por lo cual se realizó una modificación en el primer modelo ya que para poder realizar el movimiento "Palmar" se necesita separar los dedos corazón e índice del resto (anular y meñique).

Como el modelo escogido estaba diseñado para una persona que tuviera movimiento de muñeca, se modificó ésta para que tuviera una estructura firme y se pudiera unir a la prótesis del antebrazo. Cabe resaltar, que la muñeca no tendrá ningún tipo de movimiento y quedará fija en una misma posición al antebrazo.

Actividades

Febrero 2020

Reportes y TS

Miercoles 26	Descripción	Tiempo	TS
Manuela Mora	Modelado de la extremidad y el ajuste del codo	4 Horas	12 TS
[https://es.utopiamaker.com/m3duto/user:447546 Julián Medina	Modelado de la extremidad y el ajuste del codo	4 Horas	12 TS

Diciembre 2019

Reportes y TS

Martes 3	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Ajustes finales prótesis	3 Horas	9 TS
Juan Manuel Vargas	Ajustes finales prótesis	3 Horas	9 TS

Noviembre 2019

Reportes y TS

Martes 19	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Re impresión pieza de la mano	3 Horas	9 TS

Viernes 15	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Arreglo estético de la mano	6 Horas	18 TS
Jefersson Hernandez	Adecuación electrónica (regulador voltaje)	6 Horas	18 TS

Miercoles 13	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Union de piezas mano mediante cañamo	6 Horas	18 TS
Jefersson Hernandez	Adecuacion electronica (regulador voltaje)	6 Horas	18 TS

Martes 12	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Pulir y lijar piezas de la mano dedos	6 Horas	18 TS
Jefersson Hernandez	Pulir y lijar la muñeca, adecuación de baterías	6 Horas	18 TS

Jueves 7	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión de dedos y uniones dedos	4 Horas	12 TS

Miercoles 6	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Modificación muñeca e impresión muñeca	7 Horas	21 TS
Luna León	Modificaciones de mano	7 Horas	21 TS
Mario	Clasificación de señales y redes neuronales	2 horas	6 TS

martes 5	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas de la mano	5 Horas	15 TS

Viernes 01	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Modificaciones diseño de muñeca, ya que la realizada presentaba complicaciones	5 Horas	15 TS

Octubre 2019

Reportes y TS

Miercoles 30	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Modificaciones en piñones y parte mecánica del antebrazo e impresión piezas de la mano	8 Horas	24 TS
Luna León	Impresión piezas de la mano	6 Horas	18 TS

Lunes 28	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas de la mano	5 Horas	15 TS

Miércoles 23	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión dedos de la mano	4 Horas	12 TS
Jefersson Hernandez	Adecuación piñones y reimpresión de pieza centro de antebrazo	6 Horas	18 TS

Martes 22	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión dedos de la mano	4 Horas	12 TS
Jefersson Hernandez	Adecuación piñones y reimpresión de pieza centro de antebrazo	5 Horas	15 TS

Viernes 18	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión dedos de la mano	4 Horas	12 TS

Jueves 17	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Impresión pieza centro del antebrazo, mejoramiento piezas impresas y adecuacion de motores y piñones	6 Horas	18 TS

Miercoles 16	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas mano	4 Horas	12 TS
Jefersson Hernandez	Impresión segunda parte antebrazo, mantenimiento y mejoramiento de la impresion	6 Horas	18 TS

Martes 15	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas mano (falanges)	4 Horas	12 TS

Viernes 11	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas mano	4 Horas	12 TS

Jueves 10	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas mano	4 Horas	12 TS

Lunes 07	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas mano	4 Horas	12 TS

Viernes 04	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión piezas antebrazo	4 Horas	12 TS

Jueves 03	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Modificaciones y ajustes finales del antebrazo	6 Horas	18 TS
Luna León	Modificación final de la mano	6 Horas	18 TS

Miércoles 02	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Modificación y ajuste de antebrazo	6 Horas	18 TS
Luna León	Modificación de la mano	6 Horas	18 TS

Martes 01	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Finalizacion de modificacion y ajuste de muñeca a la prótesis e impresión del antebrazo	6 Horas	18 TS
Luna León	Modificación de la mano	6 Horas	18 TS

Septiembre 2019

Reportes y TS

Lunes 30	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Finalizacion de modificacion y ajuste de muñeca a la prótesis e intento de impresión del antebrazo	6 Horas	18 TS
Luna León	Modificación de la mano e intento de impresión del antebrazo	6 Horas	18 TS

Viernes 27	Descripción	Tiempo	TS
Jefersson Hernandez	Finalizacion de modificacion y ajuste de muñeca a la protesis te antebrazo e integracion de tematica a la protesis	5 Horas	15 TS

comentarios: marcar a Julian pa definir un dia entre semana, proxima semana para una primera entrega el 3 de octubre si se puede. 

Miércoles 25	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión del socket	3 Horas	9 TS

Martes 24	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Modificación de socket e impresión de piezas del mismo	6 Horas	18 TS
Jeff	Modificación de muñeca para acople con antebrazo, modificación de antebrazo para ubicacion de segunda bateria	6 Horas	18 TS

Lunes 23	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Modificación de socket e impresión de piezas del mismo	6 Horas	18 TS

Viernes 20	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Intento de impresión del socket, no se pudo ya que no se logró arreglar un problema de impresión	3 Horas	9 TS

Jueves 19	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Modificaciones del diseño de la mano	6 Horas	18 TS
Jeff	Diseño de piezas para el posicionamiento de actuadores y diseño de muñeca	6 Horas	18 TS

Miércoles 18	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Definición de actuadores. Rediseño y ajuste del socket para una mejor funcionalidad	6 Horas	18 TS
Jeff	Impresión de pieza del antebrazo. Diseño de piezas para el posicionamiento de actuadores	6 Horas	18 TS

Martes 17	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Rediseño y ajuste del socket para una mejor funcionalidad	6 Horas	18 TS
Jeff	Últimos arreglos del diseño del antebrazo y diseño de piezas para el posicionamiento de actuadores	6 Horas	18 TS

Lunes 16	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Impresión de pieza preeliminar del socket	6 Horas	18 TS
Jeff	Últimos arreglos del diseño del antebrazo	6 Horas	18 TS

Sábado 14	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Esperando la cita con Julian al lab para escanear a Matias	2 Horas	6 TS
DIego Chacón	Escaner de Matias Días después	2 Horas	6 TS

Comentarios: marcar a Julian pa definir un dia entre semana, hasta tarde para una primera entrega antes el 28 de septiembre. Julian propone el jueves 26 en la noche.

Jueves 12	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Modificacion preeliminar de mano	6 Horas	18 TS
Luna León	Modificacion preeliminar de mano	6 Horas	18 TS

Martes 10	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Realización de Perforaciones para adecuación de la pieza de soporte para el servomotor	3 Horas	9 TS
Luna León	Rediseño de las piezas de unión del socket al antebrazo	3 Horas	9 TS

Lunes 9	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Realización de Perforaciones para adecuación de la pieza de soporte para el servomotor	6 Horas	18 TS
Luna León	Rediseño de las piezas de unión del socket al antebrazo	6 Horas	18 TS

Jueves 5	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Realización de Perforaciones para adecuación de servomotor, junto con sus tornillos y tuercas; se realiza la adecuación del eje de movimiento de la prótesis	6 Horas	18 TS

Miercoles 4	Descripción	Tiempo	TS
Jeff y Luna León	Modificacion de socket para unirlo con el antebrazo	6 Horas	18 TS

Martes 3	Descripción	Tiempo	TS
Jeff y Luna León	Adecuación servomotor y batería prótesis antebrazo en modelo de fussion 360	6 Horas	18 TS

Lunes 2	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Pruebas adquisición de la señal mediante circuito propuesto en ("Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand") por mabloc	4 Horas	12 TS
Luna León	Pruebas adquisición de la señal mediante circuito propuesto en ( "Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand") por mabloc	6 Horas	18 TS
mabloc	Pruebas adquisición de la señal mediante circuito propuesto en ("Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand") por mabloc	6 Horas	18 TS

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  Pruebas circuito de adquisición utilizado en ("Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand") por mabloc

Agosto 2019

Reportes y TS

Jueves 29	Descripción	Tiempo	TS
Jeff	Modelamiento antebrazo prótesis	6 Horas	18 TS
Luna León	Modelamiento socket	3 Horas	9 TS

Miércoles 28	Descripción	Tiempo	TS
Jeff y Luna León	Modelamiento socket y antebrazo prótesis	3 Horas	9 TS
Luna León mabloc	Investigación y charla sobre el trabajo de Mario a cerca de la caracterización de señales EMG para una posible implementación en la prótesis	3 Horas	9 TS

Martes 27	Descripción	Tiempo	TS
Jeff y Luna León	Comienzo del modelamiento de prótesis	3 Horas	9 TS

viernes 23	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Investigación sobre el tipo de socket adecuado para Matias	3h	9 TS

TODO:  Se realizo investigación acerca del modelo de socket mas apropiado para Matias dependiendo su tipo de amputación; todo esto con el fin de dar inicio a el modelado de la protesis

jueves 22	Descripción	Tiempo	TS
Luna León	Lectura articulo de clasificación de señales de EMG de Matias, identificación de parámetros y metodología utilizada	3h	9 TS
Jefferson Hernández	Lectura articulo de clasificación de señales de EMG de Matias, identificación de paramatros y metodologia utilizada	3h	9 TS

TODO:  Se realizo la lectura del articulo "Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand" de Mario A. Benitez (mabloc), para identificar metodologías parámetros, características, tipos de movimiento y red neuronal utilizada para la calificación de movimientos a partir de señales de EMG

miercoles 21	Descripción	Tiempo	TS
Jefferson Hernández	Contacto con Mario A. Benitez- (mabloc) (autor articulo "Real-Time Pattern Recognition for prosthetic hand")	3h	9 TS

TODO:  Se realizo el contacto con Mario A. Benitez, para obtencion de informacion acerca de la calsificacion se señales de EMG de matias

Sabado 10	Descripción	Tiempo	TS
Fabian Bustos	Asistencia a evaluación de Matías	3h	9 TS
PI RAT	Asistencia a evaluación de Matías	3h	9 TS
Diego Chacon	Asistencia a evaluación de Matías	3h	9 TS

TODO:  Se empezara el proceso de diseño de la protesis

abril 2019

Fisioterapia:

• Lorena13
• Horas: dos
• Fecha: 13 de abril 2019
• validado el ? abril 2019

Psycologia:

• Andres?
• Horas: dos
• Fecha: 13 de abril 2019
• validado el ? abril 2019

Ingeneria:

• Juan Manuel Vargas
• Horas: 3
• Fecha: 13 de abril 2019
• validado el ? abril 2019