diseÑo y construcciÓn de una prÓtesis robÓtica …
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Memorias del XVIII Congreso Mexicano de Robótica 2016 Universidad Autónoma de Sinaloa y Asociación Mexicana de Robótica e Industria AC
XVIII COMRob 2016, ISBN: En trámite 9 – 11 de Noviembre, 2016, Mazatlán, Sinaloa, México
XVIIICOMRob2016/ID–000
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA PRÓTESIS ROBÓTICA PARA AMPUTACIONES DE EXTREMIDADES SUPERIORES
Javier A. Niebla-Aguirre Centro de Desarrollo Tecnológico
Fundación Markoptic AC Culiacán, Sin, 80020
Email: [email protected]
Adrián A. Carlón-Villegas Centro de Desarrollo Tecnológico
Fundación Markoptic AC Culiacán, Sin, 80020
Email: [email protected]
Mario F. Ramos-Santos Centro de Desarrollo Tecnológico
Fundación Markoptic AC Culiacán, Sin, 80020
Email: [email protected]
Manuel Gallardo-Inzunza Dirección
Fundación Markoptic AC Culiacán, Sin, 80020
Email: [email protected]
Ulises Zaldívar-Colado Facultad de Informática
Universidad Autónoma de Sinaloa Mazatlán, Sin, 82000
Email: [email protected]
Paul Tamayo-Serrano Laboratoire END-ICAP Université de Versailles
Montigny-les-Bretonneux, France Email: [email protected]
RESUMEN El objetivo del proyecto descrito en este trabajo es el
diseño y construcción de una prótesis robótica para
amputaciones de extremidades superiores, que permita
realizar 4 simples operaciones ejecutadas por la mano humana
en tareas diarias. Dichas operaciones son las de sujetar y
soltar (flexión y extensión), así como las de girar la muñeca
(simulando movimientos de supinación y pronación). La etapa
correspondiente al diseño presenta el modelado de todos los
componentes de la prótesis, desde el modelado en SolidWorks
de los elementos de la mano, los elementos de la carcasa que
aloja los diversos motores y mecanismos para su
funcionamiento, y el socket que se ensambla con el muñón del
sujeto que ha sufrido la amputación de la extremidad. Se
pretende que la prótesis pueda hacer uso de sensores
musculares, sensores de fuerza o algún otro tipo de interfaz que
le permita al usuario la activación de las acciones. Se realizó
un análisis de los componentes para la preparación de la
manufactura aditiva (impresión 3D) y su posterior
ensamblado. Finalmente, se presenta al sujeto con la prótesis
montada en su muñón.
INTRODUCCIÓN “La discapacidad no debería ser un obstáculo
para el éxito. Yo mismo he sufrido una neuropatía motora
prácticamente durante la totalidad de mi vida adulta, y
no por ello he dejado de desarrollar una destacada
carrera profesional como astrofísico y de tener una feliz
vida familiar” (Professeur Stephen W. Hawking).
Más de mil millones de personas viven en todo el
mundo con alguna forma de discapacidad; de ellas, casi
200 millones experimentan dificultades considerables en
su funcionamiento [1].
Esta cifra es superior a las estimaciones previas de
la Organización Mundial de la Salud, correspondientes a
los años 1970, que eran de aproximadamente un 10%. [1]
La mano del hombre es considerada como una
herramienta mecánica y sensitiva, siendo el principal
órgano de manipulación física gracias a sus dos funciones
principales de presión y tacto que le permiten realizar
movimientos y manipulación de objetos. Gran parte del
movimiento realizado es gracias a la gran movilidad que
proporciona el dedo pulgar, ya que este logra una rotación
de hasta 90°; este dedo, por lo tanto, es el de mayor
funcionalidad y la pérdida del mismo reduce un 40 % la
capacidad de funcionalidad total de la mano.
El principal motivo de una prótesis de mano es el
ayudar y proporcionar a las personas algunas funciones
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de las que esta carece por la falta de su miembro, pero
jamás podrá remplazar ni suplir del todo las acciones
naturales de un brazo. El objetivo principal de la
construcción de las prótesis, es mejorar la calidad de vida
de los pacientes amputados.
Antecedentes Desde la época de las antiguas pirámides hasta la
Primera Guerra Mundial, el campo de la protésica se ha
transformado en un sofisticado ejemplo de la resolución
del hombre por mejorar. Los egipcios fueron los primeros
pioneros de la tecnología protésica. Elaboraban sus
extremidades protésicas rudimentarias con fibras, y se
cree que las utilizaban por la sensación de “completitud”
antes que por la función en sí. Por el siglo XVI existen
grandes avances en el tema de prótesis por parte del
francés Ambroise Paré [2]. La figura 1 presenta el diseño
de la prótesis de Ambroise Paré.
FIGURA 1. DISEÑO DE PRÓTESIS DE AMBROISE PARÉ
Para el siglo XX, el objetivo de que los amputados
regresaran a su vida laboral, es alcanzado gracias a los
esfuerzos del médico francés Gripoulleau, quien realizó
diferentes accesorios que podían ser usados como unidad
terminal, tales como anillos, ganchos y diversos
instrumentos metálicos, que brindaban la capacidad de
realizar trabajo de fuerza o de precisión. En el año de
1912 Dorrance en Estados Unidos desarrolló el Hook,
que es una unidad terminal que permite abrir activamente,
mediante movimientos de la cintura escapular, además se
cierra pasivamente por la acción de un tirante de goma
(Fig. 2). En la actualidad los países con el mayor
desarrollo tecnológico de prótesis de mano están
Alemania, Estados Unidos, Francia, Inglaterra y Japón
[3].
Actualmente los sistemas protésicos mioeléctricos
son los que proporcionan el más alto grado de
rehabilitación. Son en realidad prótesis eléctricas
controladas por medio de una interfaz y de los pulsos
eléctricos de los músculos del cuerpo. Las diferencias
entre los distintos modelos encontrados en el mercado
consisten en el tipo de control que emplean, pero la
mayoría realizan básicamente las mismas funciones [4].
FIGURA 2. DISEÑO DE PRÓTESIS HOOK DE DORRANCE
En nuestro país, como en todo el mundo, existen
niños y adultos que necesitan de una prótesis de mano,
brazo, pie o pierna, pero no cuentan con el ingreso
monetario suficiente para la adquisición de un dispositivo
de esta índole, que más de ser un lujo es una necesidad en
el día a día para ellos.
TRABAJOS RELACIONADOS Carrozza et al. [6] desarrollaron una prótesis de
mano antropomórfica, la cual pretenden que sea
conectada al sistema nervioso del usuario, mediante el
uso de un sistema sensorial extereoceptivo. En su trabajo
se centran principalmente en el diseño del mecanismo de
la mano, utilizando solo tres dedos.
Ceres et al. [7] desarrollaron una prótesis de
extremidad inferior, junto con el modelo cinemático de
movimiento y una interfaz de manipulación bidireccional
entre el usuario y la prótesis. Se menciona el uso de
sensores de electromiografía para el manejo de esta, y una
retroalimentación en la fuerza final ejercida por medio de
sensores de efecto hall en las yemas de los dedos activos
(pulgar, índice y corazón).
Sarmiento et al. [8] desarrollaron una prótesis
controlada por señales mioeléctricas y comandos de voz
para pacientes con amputaciones entre el codo y la
muñeca. Se habla muy bien de la comparativa de control
referente a señales mioeléctricas y señales de voz,
mostrando tablas de promedio de manejo y control de la
prótesis por medio de estas señales.
Mendoza [9] en su trabajo de tesis desarrolló una
prótesis controlada por sensores mioeléctricos para
personas con amputación supracondílea tránshumeral. Se
indican los pasos para el desarrollo de los sensores
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mioeléctricos y las pruebas que se realizaron para obtener
la ubicación en los músculos de las personas.
Quinayás [10] explica el proceso de la elaboración
de una prótesis antropomórfica, pero solamente con tres
dedos. Esta cuenta con sensores de fuerza y de posición
en los dedos, para retroalimentación por parte de la
prótesis a la tarjeta de control y así volver más inteligente
el sistema. Se explica también el desarrollo de una
interfaz software para la adquisición y manipulación de
los datos.
Padilla et al. [11] realizaron el control de un brazo
robótico por medio de sensores de señales
electromiografías. Se explican los pasos que se siguieron
para el desarrollo de los sensores y las zonas específicas
donde se toma el muestreo de la señal. Explica muy bien
el funcionamiento de las señales mioeléctricas y el origen
de estas en el cuerpo humano.
Carrozza et al. [12] propusieron desarrollar una
prótesis de mano caracterizada por tener múltiples grados
de libertad, censado táctil y control distribuido entre otras
funciones. La mano biomecatrónica está equipada con un
agarre trípode, por medio de dos dedos iguales y el pulgar
encontrado a estos. Se elaboró el primer prototipo por
medio de la impresión 3D, integrando actuadores micro-
electromagnéticos internos para el movimiento de los
dedos.
Williams et al. [13] desarrollaron un prototipo de
prótesis con un enfoque diferente a los demás prototipos,
ya que buscaron el dotar a cada dedo de la prótesis con
movimiento independiente para la ejecución de tareas
más amplias y a la vez más específicas. Se buscó replicar
lo más posible el movimiento natural de la mano humana,
dotando con la mayor cantidad de grados de libertad
posibles.
Belter et al. [14] realizaron una comparación entre
las seis prótesis de mano mioeléctricas comerciales más
avanzadas, las cuales son Vincent hand by Vincent
Systems, iLimb hand y iLimb Pulse by Touch Bionics,
Bebionic hand y Bebionic Hand v2 by RSL Stepper and
Michelangelo hand by Otto Bock. Se muestran tablas de
comparación de movimiento mecánico, grados de
libertad permitidos, partes y componentes, pesos y
dimensiones.
Objetivos de la investigación
Con base en el análisis de los trabajos
previamente desarrollados y con relación a nuestra
problemática, como objetivo principal de la investigación
se planteó el diseñar, simular y maquinar una prótesis de
brazo robótico para personas a las que les haya sido
amputado el brazo ya sea por alguna enfermedad,
accidentes o que por causas congénitas carezcan de un
miembro superior, al nivel del antebrazo.
Esto nos fue posible lograrlo utilizando distintas
herramientas y técnicas para la obtención de un modelo
de prótesis funcional. Se trabajó elaborando el diseño
virtual de la prótesis en el software Solidworks™ para
adaptarlo a las medidas necesarias de la persona. Se
diseñó el sistema mecánico para el movimiento de mano
y muñeca de la prótesis. Para la parte de electrónica y
control se diseñó una etapa lógica de controlador para el
procesamiento de señales, para después diseñar la tarjeta
de control PCB, donde van los circuitos de protección y
la etapa de potencia para los motores utilizados. Se utilizó
un escáner 3D para la obtención de la geometría del
muñón de paciente. Se utilizaron sensores EMG
(Electromiografía) para manipulación de la prótesis.
Se realizaron pruebas virtuales y simulaciones con los
componentes para evitar posibles fallos en el momento de
realizar pruebas físicas. Se elaboró físicamente la prótesis
por medio de la manufactura avanzada y manufactura
aditiva, con esto se logró comprobar que es posible
realizar un modelo de prótesis de brazo robótico de alta
calidad a bajo costo.
DISEÑO DE LA PROTESIS La prótesis desarrollada consta de 15 elementos en la
zona de la mano, 3 para cada dedo, que representan las
falanges proximal, medial y distal de cada uno de ellos, a
excepción del dedo pulgar, el cual está compuesto de dos
elementos, proximal y distal solamente. Además se tiene
la palma de la mano, que es en donde van ensamblados
los dedos. Todos los elementos fueron modelados en el
software de diseño por computadora SolidWorks (Fig. 3).
Para iniciar el diseño de la prótesis, se comenzó
con el escaneo de una mano para obtener el modelo STL
3D y este poder ser manipulado en el software de diseño
SolidWorks. Se comenzó por seccionar cada falange
deseada, elaborando una aproximación a medidas reales
del tamaño de las falanges de una persona promedio. La
figura 4 muestra el modelo seccionado.
Una vez seccionado el diseño, se procedió a
realizar las sujeciones correspondientes en el modelo de
la palma, ubicando soportes y conductos internos para el
ingreso de cables de acero (para el movimiento de
flexión) y cables elásticos (para el movimiento de
extensión).
La idea principal para que los dedos realicen los
movimientos de flexión y extensión es hacerlo por medio
de cables de acero, estos pasan por medio de la palma así
como también de cada una de las falanges. Este
mecanismo es ejecutado por un servomotor, el cual
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permite variar el movimiento y el ángulo de cierre por
medio de la programación.
FIGURA 3. MODELO DE DISEÑO EN SOLIDWORKS
FIGURA 4. CORTES SECCIONADOS
Para poder lograr que los cables de acero logren
pasar por el interior de la palma, se diseñó un sistema de
conductos los cuales permiten que los cables pasen con
facilidad deslizándose internamente, también se elaboró
una cavidad interna en la cual habrá un sistema que
permitirá que cada cable de cada dedo sea unido en un
cople junto con los demás, para que solamente salga un
solo cable de acero hacia el servomotor (Fig. 5).
FIGURA 5. CAVIDAD Y CONDUCTOS INTERNOS
El diseño de cada uno de los dedos se comenzó
con los cortes seccionados de acuerdo a la falange
correspondiente, después se procedió a elaborar los
soportes de sujeción y uniones, juntos con los conductos
internos para los cables de acero y los cables elásticos. Se
diseñó cada falange de forma especial e independiente,
considerando espacios y grosores mínimos para el
correcto funcionamiento y así poder evitar cualquier tipo
de fallas. De acuerdo al tipo de falange de cada dedo,
(proximal, media o distal), se elaboró su sujeción tipo
macho o tipo hembra, para la unión con la falange
siguiente (Fig. 6).
FIGURA 6. FALANGES DISTAL, MEDIA Y PROXIMAL
Los ángulos para controlar la flexión y la
extensión máximas se controlaron por medio del diseño,
dejando paredes para contacto entre las sujeciones.
Como parte del diseño en el software
SolidWorks, se utilizó el módulo de Simulación para
verificar fuerzas y posibles deformaciones que pudieran
presentar las piezas de la prótesis, especialmente las
falanges, que son las que estarían en más contacto con el
ambiente (Fig. 7).
FIGURA 7. SIMULACION DE DESPLAZAMIENTOS
A cada falange se le hizo una simulación de
resistencia para comprobar el comportamiento de esta al
momento de aplicarle una carga. Para este diseño de
prótesis se está estimando en una carga de 10N, para lo
cual mostro resultados muy favorables (Fig. 8). Estos
resultados deben considerarse con mucho cuidado, ya que
para la elaboración de la mayoría de piezas de esta
prótesis se está eligiendo ácido poliláctico (o PLA por sus
siglas en inglés), material utilizado por las impresoras 3D,
y la forma de construcción de las piezas es por
manufactura aditiva FDM (Fused Deposition Modeling/
Modelado por Deposición Fundida), la construcción por
capas de las piezas las hace susceptibles a fallar cuando
las fuerzas sean paralelas al sentido de deposición del
material.
FIGURA 8. SIMULACION DE FUERZAS
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Funcionamiento mecánico de la prótesis La prótesis en su funcionamiento, maneja cuatro
opciones a realizar: flexión y extensión en las falanges, y
pronación y supinación en la muñeca.
En los movimientos de flexión y extensión, se
introducen los cables de acero por los conductos internos
diseñados por la palma y cada una de las falanges. Estos son
sujetos por medio de opresores de aluminio, para ubicarlos y
sujetarlos en su lugar. Los cinco cables, correspondientes a
cada uno de los dedos, son unidos por un cople en el centro de
la palma. Del cople, sale un solo cable de acero, el cual es
guiado a través de la muñeca y por unos bujes para llegar al
servomotor que es el encargado de realizar la fuerza para el
movimiento de flexión. La extensión se realiza por medio de
unos cables elásticos, los cuales son ubicados por conductos
internos en el dorso de cada una de las falanges, permitiendo
esto que al no estar accionado el servomotor para la flexión, la
fuerza elástica los regrese a su posición inicial definida de
extensión. El movimiento realizado por cada una de las
falanges es igual al realizado por las bisagras, dos piezas con
un conducto interno que se alinean concéntricamente para
ubicar un perno por medio (Fig. 9). Este es el que sujeta a las
piezas en su posición para evitar movimientos inesperados y no
deseados.
En los movimientos de pronación y supinación, se
diseñaron unos engranes para ejecutar los movimientos. Uno
de estos engrane va sujeto y acoplado a un servomotor en la
zona de la muñeca, soportado todo el sistema por un chasis
interno. El otro engrane es acoplado a un eje maquinado en
aluminio el cual se ubica en la zona interna de la muñeca,
dentro del Cople de aluminio de la muñeca. El ensamblaje entre
el eje de aluminio y el Cople de la muñeca se realiza con baleros
internos, para reducir lo mayor posible la fricción y que el
movimiento sea suave y seguro, y candados de seguridad para
mantener las piezas en su lugar.
La figura 10 muestra el acoplamiento de engranes para
los movimientos de pronación y supinación de la muñeca.
Para el ensamblaje de las piezas se utilizan tornillos M3
de cabeza hexagonal de diferentes longitudes de acuerdo a la
zona.
FIGURA 9 (IZQ). DISEÑO DE DEDO INDICE CON CONDUCTOS
INTERNOS Y FIGURA 10 (DER). ACOPLAMIENTO DE ENGRANES PARA MOVIMIENTO DE SUPINACIÓN Y
PRONACIÓN EN LA MUÑECA
DISEÑO DE LA CARCAZA Para el diseño de la carcasa de la prótesis, se tomó
como base la dimensión de un brazo de una persona
correspondiente a la altura y dimensiones del sujeto voluntario
para las pruebas. En el interior de dicha carcasa se alojaron los
componentes de instrumentación de la prótesis.
El Chasis es la pieza interna de la prótesis que sostiene
los actuadores y que va ensamblado con el Cople de aluminio
de la muñeca. Este soporta el peso de la palma y los dedos de
la prótesis, por lo cual su diseño fue dejando paredes gruesas y
zonas de refuerzos para evitar cualquier fallo que pudiera
presentarse.
El Socket-Chasis es la carcasa que cubre a los demás
componentes a la altura del antebrazo, este se ensambla con el
Cople de aluminio de la muñeca por medio de tornillos. Por la
parte trasera se ensambla con el Socket-Muñón, igualmente con
tornillos y con guías para su orientación correcta.
El Socket-Muñón es la pieza personalizada que
necesita elaborarse para cada paciente, ya que esta lleva la
geometría del muñón para así lograr una sujeción más segura.
Va ubicada al nivel del muñón del paciente, y es el que sostiene
todo el peso de la prótesis al brazo de la persona.
En la parte interna se ubica también la tarjeta de
control, que es la encargada de procesar la información
mandada por los sensores EMG (Electromiografía).
La Figura 11 presenta las diferentes partes de la
prótesis.
FIGURA 11. DIVISIÓN POR PARTES DE LA PRÓTESIS
DISEÑO DEL SOCKET Para elaborar la pieza del Socket-Muñón se comenzó
por tomar la geometría del muñón del paciente. Para esto se
adquirió alginato, material usado por los odontólogos para la
obtención de modelos dentales. Se prepara el alginato y al tener
una consistencia espesa se le pide al paciente que ingrese su
muñón, y después de unos 5 minutos que sienta que el alginato
comienza a endurecerse se le pide que retire con mucho
cuidado el muñón. De esta manera obtenemos el modelo
negativo, para luego ser llenado con yeso y obtener un modelo
idéntico al muñón del paciente de mayor y fácil manejo para
nosotros.
Teniendo el modelo de yeso del muñón del paciente,
se procede a escanear la pieza para obtener el modelo STL 3D
para comenzar su edición con el software SolidWorks. Una vez
que se obtuvo el modelo escaneado, fue necesario realizar
algunas correcciones en las mallas de las curvas, así que se
buscó reparar lo mejor posible el modelo para tener una pieza
lo más fiable e idéntica al muñón original.
Teniendo el modelo 3D listo, se procede a trabajar sobre el para
agregar material de recubrimiento alrededor junto con las
sujeciones de acople para la próxima pieza que es el Socket-
Chasis.
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Al terminar el diseño de la pieza, habiendo
anteriormente considerando tolerancias, cavidades para
sujeciones y cableado de componentes electrónicos, se procede
con la manufactura de la pieza. Se utilizó la impresión 3D para
la elaboración del Socket-Muñón, esto beneficia en el peso total
de la pieza, ya que se pueden elegir diferentes valores de
rellenos de material.
La figura 12 muestra el modelo escaneado del muñón,
mientras que la figura 13 presenta el diseño del socket-muñón.
FIGURA 12 (IZQ). MODELO STL ESCANEADO DE MUÑON Y
FIGURA 13 (DER). DISEÑO DE SOCKET-MUÑÓN
MANUFACTURA DE PIEZAS La manufactura de piezas se catalogó en dos partes:
Manufactura Avanzada y Manufactura Aditiva.
En manufactura avanzada se incluyen todos los
componentes de aluminio, bronce, acero o que requieren su
elaboración por medio de máquinas como el torno o la
fresadora, ya sean CNC o convencionales. Aquí incluimos
componentes como el Cople de la muñeca, el eje interno que se
acopla con el engrane para giro de la muñeca, y los engranes.
Para la elaboración de estas piezas, primeramente, se
trabaja en el diseño, modelando los componentes el software
SolidWorks buscando las características adecuadas que deben
tener de acuerdo a su función y finalmente simulando esfuerzos
mediante un análisis estático para verificar la resistencia que
pueden presentar, y reforzar el diseño si es necesario.
Terminado el diseño de la pieza y comprobado su
comportamiento, se procede a ingresar a otro modulo del
mismo software SolidWorks, llamado CAMWorks, el cual
analiza la pieza y la superficie que se ha diseñado y por medio
de instrucciones textuales genera el código G. Este código es
utilizado por el torno o fresadoras CNC, el cual contiene
instrucciones de movimiento, velocidad de corte, velocidad de
avance, entre otras instrucciones.
FIGURA 14. IMPRESIÓN EN 3D DE PALMA PARA PROTESIS
En la manufactura aditiva se incluyen todos los
componentes elaborados por medio de la técnica FDM (Fused
Deposition Modeling/ Modelado por Deposición Fundida), la
cual es utilizada por las impresoras 3D con las que se cuenta en
la empresa. Una vez obtenido el diseño correcto y aprobado
para su elaboración, se transforma el tipo de archivo de
SolidWorks a tipo STL, el cual es procesado por las impresoras
3D (Fig. 14).
Se elabora un análisis de la pieza a imprimir, para
verificar forma de impresión, porcentaje de relleno, numero de
capas externas y temperatura de impresión, el cual es
proporcionado el departamento de manufactura junto con el
archivo 3D STL.
El utilizar estos tipos de materiales nos permiten el
obtener como producto final un dispositivo funcional, de bajo
costo y de fácil edición y remplazo de sus piezas, ya que los
diseños pueden ser editados en el software y volver a
imprimirse, sin necesidad de costos excesivos como lo es en la
fabricación mediante plástico inyectado, el cual requiere un
molde definido para la fabricación de cada pieza.
PRUEBAS CON EL USUARIO Una vez terminados y ensamblados todos los
componentes de la prótesis, se procedió a realizar pruebas de
funcionamiento con los usuarios finales. En este caso se
realizaron formas de sujeciones diferentes para cada uno de los
pacientes, ya que uno presenta la falta de las dos extremidades
superiores y el otro solamente la falta de la extremidad
izquierda.
Para el manejo de la prótesis, se utilizaron los sensores
mioeléctricos EMG, los cuales se ubican en los músculos del
paciente (Fig. 15). Se requieren de dos músculos diferentes
para trabajar sobre las activaciones, así que se buscó los
músculos donde los usuarios pudieran tener un mayor control
sobre ellos para evitar posible interferencias.
FIGURA 15. UBICACIÓN DE SENSORES MIOELÉCTRICOS
Para la sujeción de la prótesis al cuerpo de los
pacientes, se presentaron dos opciones. La primera opción fue
el utilizar un arnés con tirantes por detrás de la espalda, los
cuales bajan por el brazo y sujeta a la prótesis. Este tipo de
arnés ayuda en cargar de mejor manera el peso de la prótesis,
ya que la espalda sirve de soporte. La segunda opción era
utilizar una sujeción tipo abrazadera en el brazo afectado, el
cual es más factible para su uso cuando la falta del miembro es
solamente en un brazo.
Al momento de las pruebas para la ubicación de los
sensores pudimos percibir lo importante que es el constante uso
de los músculos para el accionamiento de los sensores, ya que
en el caso de uno de los pacientes presentaba la amputación
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desde hace aproximadamente 10 años y nunca había manejado
prótesis mioeléctricas, por lo cual su señal hacia los sensores
musculares era muy baja. Todo esto se tuvo que trabajar bajo
un periodo de entrenamiento establecido, a la par de ejercicios
sobre los músculos que se eligieron para el funcionamiento,
para conseguir que el paciente logre tener un dominio seguro
sobre la prótesis. En la figura 16 se presenta al usuario con la
prótesis montada en su muñón.
FIGURA 16. PRUEBAS CON USUARIO FINAL
Al realizar las pruebas con los usuarios, se puso a prueba las
habilidades del modelo de prótesis para efectuar acciones que
ellos realizan en el día a día. Se probó el tomar un vaso, el
sujetar la mano de su hijo, el abrir una puerta, funciones que
con la falta de la extremidad no pueden realizar fácilmente, lo
cual demostró una mayor facilidad usando el dispositivo. Se
puso a prueba también la duración de la batería para
funcionamiento, dando un resultado de aproximadamente 6
horas de uso constante, algo que ayudaría mucho para su uso
pero que es necesario optimizar.
En el uso de los sensores mioeléctricos, se logró un control
seguro y estable tomando las señales y manejándolas en un
intervalo establecido por la programación del controlador.
La sujeción de los modelos de prótesis funciono de manera
correcta, pero en el caso de la sujeción con arnés, en
ocasiones presentaba problemas con los cables de los sensores
mioeléctricos ya que estos se enredaban entre el arnés, lo cual
supone algo de complejidad en el acomodo y ensamblaje de la
prótesis que no es de la manera más óptima. AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Centro de Investigación Markoptic
por el apoyo al ser parte del desarrollo de esta prótesis de brazo
para personas con amputación al nivel del antebrazo. Así
mismo, agradecemos a la empresa Gallbo por el apoyo
financiando la investigación y el desarrollo del proyecto.
Agradecemos también a los pacientes, por la disposición
presentada y el apoyo en el desarrollo de este proyecto.
CONCLUSIONES El presente trabajo demuestra la factibilidad práctica
del diseño, modelado, manufactura, instrumentación, pruebas e
implementación de una prótesis robótica mioeléctrica para los
brazos, con un costo de producción inferior a las existentes en
el mercado actual.
La prótesis creada como resultado del trabajo actual,
fue concebida gracias a un proceso de mejora iterativo de cada
una de sus etapas, en los cuales se tomaron en cuenta los
siguientes aspectos: el desempeño del agarrado y la fuerza
aplicada; el peso del dispositivo, y la carga que representa para
el usuario; la instrumentación, desde un punto de vista del
desempeño y desgaste de las piezas mecánicas, la autonomía
de la batería, calentamiento y ventilación; la usabilidad y
facilidad de aprendizaje para la manipulación por parte del
usuario; y finalmente el costo final de producción del producto.
En cada etapa se buscó la optimización de la misma, tomando
en cuenta su repercusión positiva y negativa en las demás
etapas.
Finalmente, la prótesis creada fue entregada a un
usuario con amputación. Gracias a la colaboración del usuario,
se corrobora que es posible crear dichos dispositivos a un costo
inferior de los existentes en el mercado y con prestaciones
similares. Además, ya que el dispositivo creado es de utilidad
y de fácil manejo permite al usuario realizar actividades que no
le eran posibles debido a su condición actual, y con esto se ve
mejorada su calidad de vida.
Como trabajos a futuros, se planea rediseñar la
prótesis, con el fin de hacer más compactos los componentes,
para adecuarla aún más al tamaño promedio de un brazo
humano normal. Se buscará también trabajar en la
instrumentación para controlar las acciones de la prótesis,
volviendo más compactos los sensores EMG. Además, se
estudiarán y pondrán a prueba otros enfoques para la
recolección de datos del cuerpo del usuario.
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