Difference between revisions of "Protesis de codo Carolina Huertas"

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(Diseño de Prótesis e Impresión 3D)
(Septiembre 2021)
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Desarrolladores y Recursos

Jefes de Proyecto Desarrolladores Contabilidad
Profile Photo
Johan Garcia
Tutor
Br 382172 photo.jpg
Carolina Huertas
Jefe de Proyecto
[[File:]]
Profile Photo
Fabian Bustos
(Diseño Electrónico, Mecánico y Programación)
Fabian.jpg
Valentina Suarez
(Practicante)
[[File:]]
Juan Diego Peña
(Practicante)
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Componente Valor Unitario Cant Valor Total Estado
Total xxxx COP

Etapas

Objetivos

Medidas carolina huertas.png
  • El presente proyecto se enfoca en realizar una prótesis de miembro superior trans-humeral (a nivel medio del brazo) para la beneficiaria Carolina Huertas de 26 años que habita en la ciudad de Tunja, en la entrevista ella expresa su necesidad de una mano fuerte y que le genere confianza a la hora de tomar objetos de peso mediano, entre los usos cotidianos que podría tener la prótesis se contempla el uso de la bicicleta

Requerimientos

  • Implementar materiales que permitan el uso seguro de la cicla.
  • Voltaje de trabajo máximo de 24V .
  • Realizar una respuesta rápida en movimientos (Codo-Mano) programados en la tarjeta electrónica.
  • Movimiento independiente de cada motor mediante señal del usuario.

Evaluación Antropométrica

Scan 3D de Extremidad


Según el análisis de las dimensiones de la extremidad y después de un repaso por los diferentes tipos de actuadores disponibles en el mercado, se ha logrado integrar un motor-reductor en la parte baja del socket, este motor tiene torque suficiente para levantar la extremidad, gracias a su tamaño reducido ayudara a suplir los requerimientos de simetría y gracias a su composición de polímero resistente reducirá el peso total de la prótesis.

Con la ayuda de un dispositivo scanner 3D (Kinect) se ha digitalizado la muestra de la extremidad tomada en yeso, se editó la malla resultante del scan con el software ZBrush y fotografías de referencia, para lograr una representación tridimensional aproximada a la extremidad, este será la parte principal sobre la que se construye la prótesis propuesta.

Diseño de Prótesis e Impresión 3D

Ensamble Motor-Mano

Al inicio del proceso de diseño de la mano mecánica, se tuvo en cuenta los requerimientos del usuario. Los materiales de la mano mecánica deben de soportar esfuerzos considerables debido a la actividad relacionada con uso de la bicicleta, por lo cual decidió construir un prototipo de una mano con piezas metálicas y polímeros de alta resistencia para mantener un agarre fuerte y seguro de los objetos. En esta parte de la prótesis se utiliza la impresión 3D solamente como método de prototipado mas no como el producto final.

Con respecto al actuador a cargo del movimiento de la muñeca, se ha encontrado una compatibilidad entre un motor DC de alto torque (37GB) y el prototipo de la mano existente, se logra esto por medio de una transmisión tipo Worm Gear que toma la fuerza torsional del motor y lo transmite linealmente al mecanismo.

Para el modelado 3D se utilizaron los programas Fusion 360, Rhinoceros 6 y ZBrush 4R8 para la modificación de piezas existentes y la generación de nuevos complementos para el prototipo. El mecanismo original se compone de los dedos pulgar, índice y medio, los cuales se utilizan para hacer el movimiento de agarre necesario para montar en bicicleta, este modelo se modifico para tener un mejor agarre colocándole un motor al mecanismo, a su vez el prototipo va cubierto por un diseño de una mano elástica como se evidencia en las imágenes, es importante mencionar que esta mano tiene los dedos anular y meñique rígidos.

Se realizo una representación tridimensional de las medidas reales del caso en software de modelado 3D (Rhinoceros 5 y Fusion360), con el objetivo de realizar ensambles y simulaciones requeridas (Etapas 1 - X) manteniendo las medidas antropométricas ideales.

  • Etapa 1 (Revisión de mano y soporte de muñeca)

Durante los intentos de implementación de esta mano se realizaron correcciones al mecanismo de función de cierre alterando las poleas que permitían este movimiento, se decidió implementar un Piñón-Polea con 10° de inclinación en crestas impreso en 3D para reemplazar y optimizar el mecanismo existente, el resultado permitió la conservación del perímetro ideal en la circunferencia de la muñeca según medidas antropométricas tomadas a Carolina Huertas.

  • Etapa 2 (Construcción de mano a antebrazo)

Durante el inicio de la esta etapa y pensando en la libertad anatómica que requiere la mano frente al movimiento de la muñeca, se pensó en un sistema de estrías como se puede ver en la imagen de abajo, las cuales funcionarían como guías para el desplazamiento circular, este mecanismo fue montado en la zona transradial/ulnar para evitar dañar el sistema de movimiento pinza en la mano; se implemento además un sistema tipo palanca de primer grado para asegurar las 2 piezas del antebrazo y evitar posibles movimientos no deseados durante el uso de la protesis.

  • Etapa 3 (Construcción de antebrazo a codo)

Dado que es la zona que tiene mayor espacio para disponer objetos posee varios espacios diseñados exclusivamente para baterías, tarjetas de carga, tarjeta controladora y puerto de carga, además de claramente el motor que generara el movimiento y sostén de todo el antebrazo a la zona del brazo y socket.

  • Etapa 4 (construcción de codo a socket)
  • Etapa 5 (Impresión y ensamble)

Análisis Mecánico

10/09/2021

Después de realizar el montaje de la mano con el motor se han realizando las pruebas de de desempeño del ensamble, con respecto a la fuerza de agarre se evidencia una presión considerable en la pinza. Se encuentra un problema en cuanto al tamaño del piñon , ya que afecta la velocidad de ejecución y por ende el carácter mecánico/eléctrico del prototipo, por lo cual, se decidió reducir el piñón de 45 mm a 30 mm de diámetro y de esta forma disminuir la velocidad de ejecución con el fin de tener un mejor agarre, es importante tener en cuenta que esta modificación requiere un mayor voltaje el mecanismo.

Debido a este ajuste se realizaron diferentes modificaciones en el prototipo, por ejemplo, la pieza soporte se tuvo que reducir y además posicionar de una manera diferente algunos huecos de los tornillos como se evidencia en las imágenes, de esta forma el motor se acomodo a una altura más baja ocupando menos espacio en el guante elástico.



Analisis Electrónico

10/09/2021

La prótesis utiliza dos motores DC reductores, asignados a las funciones de flexión / extensión de codo y apertura /cierre de la mano, cada motor va controlado por un puente h y un sensor de posición, los mecanismos de entrada para control de usuario se componen de un botón selector de diferentes modos o actuadores y de un sensor de actividad muscular, en un primer modo de selección, el motor seleccionado será el del codo y ejecutará un movimiento proporcional a la actividad muscular de la extremidad, en el rango que va desde la posición de brazo extendido hasta una flexión de 90 grados, al presionar de nuevo el botón selector el control apuntará hacia el motor de la mano, de igual manera proporcional a la actividad muscular de la extremidad.

Calibración y Entrega

Actividades

Reportes y TS

Septiembre 2021

viernes 24 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Prueba de etapa 2 impresa (Etapa 5) 8 Horas 24 TS
Jueves 23 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Mejora en diseño de muñeca a antebrazo e impresión (Etapa 2 y 5) 8 Horas 24 TS
Miércoles 22 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Mejora en diseño de muñeca a antebrazo (Etapa 2) 8 Horas 24 TS
Lunes 20 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Prueba de sistema giro y arreglos de unión a codo (Sensorica)(Etapa 3) 7 Horas 21 TS
Sábado 18 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Posicionamiento de relleno en antebrazo y arreglos de unión a codo (Etapa 3) 4 Horas 12 TS
Viernes 17 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Prueba de sistema giro y posicionamiento de relleno en antebrazo (Etapa 3) 7 Horas 21 TS
Jueves 16 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Modelado de seguro en sistema giro (Etapa 2) centrado en conexión a codo 7 Horas 21 TS
Miércoles 15 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Modelado de seguro en sistema giro (Etapa 2) 7 Horas 21 TS
Martes 14 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Diseño de dedo mecánico para impresión 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Modelado de seguro en sistema giro (Etapa 2) 7 Horas 21 TS
Lunes 13 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Modelado de sistema giro en antebrazo (Etapa 2) 7 Horas 21 TS
Viernes 10 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión 4 Horas 12 TS
Juan Diego Peña Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Jueves 9 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Miercoles 8 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Martes 7 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Diseño de dedo mecànico, Simulación de flexión / Extensión 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Lunes 6 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base, corrección de partes de mano 7 Horas 21 TS
Sabado 4 Descripción Tiempo TS
Fabian Bustos Montaje de medidas en software 3D, modelado de brazo base 4 Horas 12 TS
Viernes 3 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 4 Horas 12 TS
Juan Diego Peña Diseño de Partes, Contacto para solicitud de medidas 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS
Jueves 2 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Diseño de Partes de la Muñeca 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS
Miércoles 1 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Diseño de Partes de la Muñeca 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS

Agosto 2021

Martes 31 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS
Juan Diego Peña Diseño de Partes de la Muñeca 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 7 Horas 21 TS


Lunes 30 Descripción Tiempo TS
Juan Diego Peña Diseño de Partes de la Muñeca 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 6 Horas 18 TS


Viernes 27 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 4 Horas 12 TS
Juan Diego Peña Preparación de Programación 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 6 Horas 18 TS


Jueves 26 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 8 Horas 24 TS
Juan Diego Peña Preparación de Programación 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Análisis de medidas, Diseño de Mano 4 Horas 12 TS
Miercoles 25 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Análisis de medidas, Diseño de Mano 8 Horas 24 TS
Juan Diego Peña Preparación de Programación 7 Horas 21 TS
Fabian Bustos Scan 3D y Modelado de Extremidad 4 Horas 12 TS
Martes 24 Descripción Tiempo TS
Valentina Suarez Preparación de Programación 8 Horas 24 TS
Fabian Bustos Análisis de datos 4 Horas 12 TS