PROTESIS DE BRAZO BIOMEDICO

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PROTESIS DE BRAZO BIOMEDICO

• PROYECTO

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INTEGRANTES

• -Carlos Andrés Ramires  G
• -David Steven Orozco
• -Jorge Eduardo Giraldo V
• -Cesar Augusto Merchán V
• -Sebastián Alirio naranjo

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• La prótesis de brazo biomédica se ideo con el
  propósito de reducir la discapacidad
  que adquieren las personas que han sido victimas
  de las minas antipersonal u otros desastres.
• El problema de las minas antipersonal existe en
  Colombia desde hace más de
• veinte años, sin embargo en los últimos 4 años,
  en vez de disminuir, ha
• aumentado de manera desproporcionada. De hecho,
  Colombia es el único país
• En América Latina y uno de los pocos en el mundo
  donde cada día se siembran
• Más minas antipersonal. Así, en el cuatrienio
  comprendido entre los años 1998
• y 2001 ocurrieron en el país 274 accidentes con
  minas antipersonal, y en el
• siguiente cuatrienio comprendido entre los años
  2002 y 2005 la cifra se elevó a
• 1.829 accidentes, lo que significa un aumento de
  568 en el número de
• accidentes en los últimos 8 años.
• Como podemos observar las minas antipersonal son
  un problema muy notorio en nuestro pais y no hay
  razon mas justificante para darse cuenta del por
  que elegimos esta idea, pues, es muy gratificante
  para nosotros como patriotas ayudar a esta
  poblacion tan vulnerable y tan marginada.
•  

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INDUCCION

• Recientemente se han desarrollado estudios en la
  Universidad Militar Nueva Granada en el
  laboratorio de Robótica e Inteligencia artificial
  (LRIA) en donde se desarrolló una mano
  antropomórfica que imita los modelos prensiles
  humanos pero
• cuyo inconveniente sigue siendo el elevado número
  de actuadotes utilizados y el costo para su
  implementación

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LA MANO HUMANA

• Como se observa, el dedo pulgar esta fijo por
  debajo de los otros dedos y puede realizar los
  movimientos de cierre y rotación, debido a la
  gran movilidad de su metacarpo.Esto permite
  variar la orientación del plano en que se
  desarrolla el movimiento de doblado y extensión
  del dedo pulgar, propiedad a través de la cual es
  posible oponer el dedo pulgar a los otros dedos.
  Con el término abducción se en tiende el
  movimiento de salida del dedo del eje del brazo.

• El movimiento de Extensión/Abducción es la
  capacidad de
• extensión del pulgar hacia la parte exterior y
  flexión hacia el
• interior de la palma. El término
• Oposición se define como la
• capacidad de unión de las puntas del pulgar y el
  meñique.
• La Aducción/Abducción es la capacidad de
  acercamiento y
• alejamiento del pulgar de la palma, cuando ambos
  se
• encuentran en un mismo plano.

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DISEÑO DEDO ARTICULADO

• Con base en estudios de la biomecánica de la mano
  y de sus medidas antropométricas, ver tabla 3.1,
  para definir la cinemática este mecanismo
  articulado, cuyo tamaño y
• movimientos de cierre son los más similares a los
  de un dedo humano. Para este estudio se ha
  utilizado las características
• del dedo índice

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• Simulaciones en SolidWorks y Visual Nastran,
  hansido desarrolladas para comprobar que el
  movimiento decierre sea apropiado y para
  comprobar que no hayinterferencia mecánica, se
  muestra el prototipo construido enel laboratorio
  de procesos de mecanizado de la
  UniversidadTecnológica de Pereira con la
  característica de que elmecanismo es un
  mecanismo de barras y esta dentro de
  loseslabones como muestra la figura

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• Para entender como funciona el mecanismo, se hace
  acontinuación la clasificación de este en grupos
  de Assur com. se ve a continuación

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• El actuado utilizado es de tipo rotacional, y se
  encuentraacoplado a un tornillo sin fin,
  permitiendo así la realización deun movimiento
  de tipo lineal, y por otro lado el
  movimientogeneral del dedo, como se puede
  observar en la fig. 5, esrealizado a través de
  un mecanismo de barras que esta inseridodentro
  de las falanges.

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SISTEMA BIOLOGICO DEDO MECANICO

• Huesos Resina , compuestos plásticos
• Articulaciones Revolución
• Tendones Sistema palancas en acero
• Músculos Micro motor de CC

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PRUEBAS Y RESULTADOS

• Se realizó el análisis cinetostático de mecanismo
  del dedorobot. Para ello se recurre al análisis
  y síntesis de mecanismospor grupos de Assur. El
  análisis se inicia con la solucióngráfica de las
  posiciones obtenidas con el mecanismo en un
  software CAD, se calcula manualmente las fuerzas
  yreacciones que se generan en cada junta y

• posteriormente seimplementa un programa de
  computador sobre la plataformade Matlab V7.0
  para la solución de las ecuaciones, luego
  secomparan los resultados obtenidos en forma
  gráfica y enforma manual, se obtuvo que error es
  mínimo (en torno de0.006) lo que implica que
  las soluciones fueron aceptables

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• Pruebas experimentales han sido desarrolladas con
  elprototipo. Para estas experiencias se han
  utilizado uninstrumento virtual desarrollado
  sobre LabView para lageneración de una señal de
  PWM2 para control de velocidad ysentido de giro
  del actuados, además del instrumento virtualpara
  la medición de fuerzas las cuales son registradas
  en lossensores (tipo Flexiforce3) durante una
  prueba de contacto

• Una secuencia de movimiento del dedo es mostrada
  en laFigura 7, donde son presentadas tres
  posiciones, superior,intermedia e inferior. En
  la Figura 8 son presentadosresultados de
  simulación

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• Los resultados obtenidos a través del software
  Matlabconfirman la suposición de que las fuerzas
  son pequeñascomparadas con los cálculos
  estáticos realizados en formamanual para las
  diferentes posiciones del mecanismo. Parauna
  rosca ACME se calcula la fuerza compensadora y a
  partirde esta fuerza son calculadas las otras
  fuerzas para cada unode los pontos de la
  trayectoria

• En la tabla 3.3 son presentados los principales
  resultados obtenidos con ayuda de Matlab, donde
  se puede verificar que la trayectoria de un
  determinado punto P, en el extremo del mecanismo,
  describe unas posiciones aceptables en relación
  al movimiento de un dedo humano, como
  porejemplo, la velocidad que se obtuvo en forma
  experimental fue de 5 mm/s, y el resultado
  obtenido en simulación es de4,95 mm/

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• Otra técnica para la simulación de mecanismo
  utilizada espor medio del toolbox de Matlab
  Simmechanics, la figura 9muestra la referencia
  tenida en cuenta para el montaje. En lafigura 10
  se presenta la respectiva implementación

• Referencia para el montaje en Simmechanics

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CONCLUSIONES

• A través del curso de este trabajo se plantearon
  lasestrategias para la implementación de un dedo
  robótico para eldesarrollo de grippers para
  aplicaciones industriales o para fines
  protésicos. La mayoría de los desafíos de la
  fabricacióndel dedo robot se presentaron debido
  a su forma decaracterísticas antropomórficas.
  Esto hace difícil la manufactura de ciertas
  piezas, por ejemplo las

• las barras detransmisión y los eslabones que
  conforman las falanges, puesestos deben cumplir
  con unas dimensiones particulares.Otro hecho
  importante es lograr que el dedo robot tengaotro
  grado de libertad en su base para lograr mayor
  destrezaen la manipulación de objetos de
  geometrías complejas, y a lavez calcular las
  fuerzas que se generan en la nuevaconfiguración

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• El hecho de que el robot fue construido en forma
  manualsignificó demoras en la construcción final
  debido a los erroreshumanos inherentes en este
  tipo de trabajos. Pero también hayque resaltar
  que las formas logradas satisfacen
  lascaracterísticas antropométricas (forma,
  tamaño), variables atener en cuenta. Ahora bien,
  es claro que las técnicasmodernas para el
  maquinado de piezas complejas puedefacilitar y
  minimizar muchos errores, por ejemplo
  empleandotécnicas de CAD/CAM/CAE o
  estereolitografía

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• El material utilizado (Teflón) para la
  fabricación de lasfalanges, tiene
  características mecánicas aceptables, ademásde
  ser de bajo costo, lo que hace que sea tenido en
  cuenta enfuturos diseños de bioingeniería.Este
  dedo robot facilitara la implementación de una
  manocompleta la cual puede ser usada en
  aplicaciones deInteligencia artificial con
  robots humano idees, obviamenteincorporando
  algunas mejoras para dotar de sensores para
  laadquisición de diferentes sensaciones como

• por ejemplotemperatura, para control dinámico
  del sistema en lazocerrado.Un sensor, en
  detalle, se podría aplicar a todos loselementos
  constitutivos del dedo robot, por ejemplo una
  uñapodría ser utilizada, como sus contrapartes
  biológicas, estauña seria un transductor
  importante de la información con elcual es dedo
  robot podría raspar, cavar, y golpear
  ligeramenteobjetos, una propuesta se muestra en
  la figura

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(No Transcript)
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• Este tipo de trabajos requieren del uso de las
  diferentesteorías para el análisis y síntesis de
  mecanismos, y demuestraque la ingeniería puede
  tomar como fuente de inspiración labiomecánica
  para el desarrollo de nuevos sistemas que
  emulenel movimiento humano

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Científicos piensan en brazos robot controlables
mediante nervios reconectados

• Correcto, la idea no es nueva en su concepto
  básico, pero cuantos más ejemplos veamos, mejor.
  Un médico especialista del Instituto de
  Rehabilitación de Chicago y un profesor de la
  Universidad Northwestern han desarrollado una
  técnica que permite el uso de brazos artificiales
  únicamente con el pensamiento, igual que harías
  con uno de carne y hueso. 

• El proceso, llamado TMR (de targeted muscle
  reinnervation) funciona básicamente reconectando
  al pecho nervios residuales que en tiempos
  llevaban información en dirección a la extremidad
  amputada cuando el usuario piensa en mover su
  brazo el músculo se contrae, y con la ayuda de un
  electromiograma (EMG) la señal es 'dirigida a un
  microprocesador en el brazo artificial que
  decodifica los datos y le dice al brazo qué
  hacer'. Actualmente solo es posible realizar
  cuatro movimientos con la tecnología disponible,
  aunque ya se están efectuando estudios para ver
  si se puede ampliar el dinamismo de las prótesis.

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(No Transcript)
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA MANO ROBÓTICA
YGUANTE SENSORIZADO

• Una vez entendidos los conceptos básicos
  necesarios para la realización deeste proyecto,
  en este capítulo se describe la construcción
  tanto del guantesensorizado como de la mano
  robótica, así como todo el hardware
  necesariopara realizar las tareas de control.En
  un inicio se trató de construir sensores
  fotoeléctricos basados en lapercepción de una
  fuente luminosa n.

• constante a través de un ducto elástico, conun
  LED en un extremo y una foto resistencia en el
  otro, pero, la implementaciónfísica en el guante
  era muy difícil e incómoda debido principalmente
  al espacioreducido que se tiene. Por lo tanto,
  se procedió a utilizar otro método
  mediantesensores infrarrojos de reflexión
  utilizados comúnmente en robots seguidoresde
  línea. Su reducido tamaño y sencillez de
  acondicionamiento fueron factoresclaves para su
  selección

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• Se utilizó conceptos muy generales en cuanto al
  diseño de la parte mecánicade la mano robótica,
  debido a que este proyecto está enfocado
  principalmente a las tareas y algoritmos de
  control de la misma.Para el diseño de la mano
  robótica se tomó como punto de referencia a la
  mano humana tomando en cuenta los siguientes
  conceptos.Debe ser auto-contenida esto es, que
  la mano sea una pieza independiente.Debido a
  ello no posee tendones o elementos de transmisión
  externos a la propia mano. Además debe ser
  antropomorfa esto es, debe tener la apariencia
  de una mano humana, se buscó un diseño con
  características antropomorfas. Por último las
  dimensiones deben ser lo más cercanas posibles a
  las de una mano humana. 26 Tomando en cuenta
  todos estos aspectos se procede a describir el
  diseño y laconstrucción de todo el hardware
  utilizado.

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ARQUITECTURA DEL SISTEMA

• El guante sensorizado es un elemento provisto con
  sensores fotoeléctricos, loscuales determinan la
  posición de las articulaciones de cada dedo de
  una manodiestra. Las señales de los sensores son
  acondicionadas, procesadas ytransmitidas a
  través de una interface RS-232 cuando la etapa de
  control lorequiera.El hardware está formado por
  un guante diestro flexible, sobre el cual
  sonmontados estratégicamente los sensores
  fotoeléctricos. Son en total 15sensores
  fotoeléctricos cuya salida acondicionada es un
  valor analógico y elelemento de control, del
  cual se tratará posteriormente, posee 5 entradas
  parala conversión A/D (analógica-digital) por
  ello fue necesario incluir una etapa deselección
  de datos, con ello, mediante un barrido de
  lectura de los sensores,una de las 15 entradas
  es conectada a una única entrada analógica
  delelemento de control para su conversión
  A/D.Una

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• Una vez digitalizados los datos estos son
  procesados, almacenados yactualizados
  continuamente para ser transmitidos a través de
  una Interfase RS-232 cuando la etapa de control
  de la mano robótica los requiera.En la Figura
  2.1 se muestra un diagrama con la arquitectura
  del guantesensorizado.

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(No Transcript)
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GUANTE

• Para el desarrollo del guante sensorizado se
  utilizó un guante diestro de la marca MerchPro
  modelo Wells Lamont 7707M, el cual está
  confeccionado con 60 de nylon y 40 de
  poliuretano en la palma y, 96 de poliéster y 4
  deSpandex en el dorso. Se eligió este tipo de
  guante debido a la flexibilidad que se requiere.
  Este guante se lo puede observar en la Figura

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DISEÑO DEL DISPOSITIVO FOTOELÉCTRICO SENSOR

• El dispositivo fotoeléctrico sensor consta de un
  emisor-receptor de luz y un ducto elástico.

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EMISOR-RECEPTOR DE LUZ

• Se utilizó como dispositivo fotoeléctrico
  emisor-receptor de luz al circuitointegrado
  SG2BC, el cual es un sensor óptico reflectivo es
  decir, presenta unavariación en su señal de
  salida por la menor o mayor reflexión de luz
  infrarrojaemitida por una fuente de luz
  infrarroja constante. Su salida es de
  tipotransistor.

• Para este proyecto se utilizan 15 sensores
  ópticos los cuales son ubicadosestratégicamente
  en el guante sensor con el fin se sensar la
  flexión de cadauna de las articulaciones. Cada
  uno de los sensores son conectados a unaetapa de
  acondicionamiento

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DUCTO ELÁSTICO

• Para el presente proyecto se utilizo un ducto
  elástico de color negro debido a que se requiere
  evitar cualquier interferencia externa hacia el
  dispositivo sensor, así como cualquier fuga de
  luz hacia el exterior. Debido a que la
  fuenteluminosa es constante, las paredes del
  ducto incrementan o decrementan el numero de
  rayos reflejados por las paredes hacia el
  receptor según el ángulode flexión del ducto.
  Analizando las articulaciones de los dedos se
  llegó a la conclusión que la medida ideal del
  ducto es de 1 a 1.5 cm. Siendo un total de15
  unidades.