Diseño y construcción de una prótesis de mano con agarre de potencia

El proyecto “Diseño y construcción de una prótesis de mano con agarre de potencia” incluye un conjunto de información reunida sobre el diseño, control, y modelado para prótesis de mano, desde una minuciosa recopilación de fundamentos teóricos relacionados a las taxonomías de agarre y fundamentos mat...

Full description

Autores:
Hernández Valencia, David
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/14025
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/14025
Palabra clave:
Mechatronic
Gripping hand
Prosthesis
Orthopedic implants
Prototype development
Manipulators
Mecatrónica
Implantes ortopédicos
Desarrollo de prototipos
Manipuladores
Mano de agarre
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description El proyecto “Diseño y construcción de una prótesis de mano con agarre de potencia” incluye un conjunto de información reunida sobre el diseño, control, y modelado para prótesis de mano, desde una minuciosa recopilación de fundamentos teóricos relacionados a las taxonomías de agarre y fundamentos matemáticos necesarios para entender en que consiste realizar un agarre de potencia estable. En próximo capítulo se puede encontrar un estado del arte enfocado a los criterios de diseño principales a la hora de diseñar una prótesis tanto en elección de materiales, actuación, actuadores e instrumentación. Los siguientes capítulos se hace un desarrollo del dimensionamiento de la mano de acuerdo a medidas biométricas, un modelo matemático para una prótesis de 3 dedos aplicable a cualquier cantidad de dedos y su correspondiente desarrollo por métodos numéricos, mas adelante se hace un análisis por elementos finitos de la resistencia de la prótesis para determinadas fuerzas de contacto que se deben generar para terminar con la presentación de la arquitectura de control, enfocado en explicar la realización del telemando y toda la transmisión, adquisición y tratamiento de las señales. Finalmente se presentan los resultados realizando agarres sobre dos objetos de diferente peso, el desarrollo de la estrategia de control y finalmente se presentan las conclusiones con un apéndice que incluye un manual del usuario y un protocolo para detección de fallas.
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En próximo capítulo se puede encontrar un estado del arte enfocado a los criterios de diseño principales a la hora de diseñar una prótesis tanto en elección de materiales, actuación, actuadores e instrumentación. Los siguientes capítulos se hace un desarrollo del dimensionamiento de la mano de acuerdo a medidas biométricas, un modelo matemático para una prótesis de 3 dedos aplicable a cualquier cantidad de dedos y su correspondiente desarrollo por métodos numéricos, mas adelante se hace un análisis por elementos finitos de la resistencia de la prótesis para determinadas fuerzas de contacto que se deben generar para terminar con la presentación de la arquitectura de control, enfocado en explicar la realización del telemando y toda la transmisión, adquisición y tratamiento de las señales. Finalmente se presentan los resultados realizando agarres sobre dos objetos de diferente peso, el desarrollo de la estrategia de control y finalmente se presentan las conclusiones con un apéndice que incluye un manual del usuario y un protocolo para detección de fallas.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1 2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 2 2.1 Objetivo general ............................................................................................. 2 2.2 OBJETIVOS específicos ................................................................................ 2 3. METODOLOGÍA .................................................................................................. 3 4. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 5 4.1 PRÓTESIS ..................................................................................................... 5 4.2 AGARRE ........................................................................................................ 5 4.2.1 DEFINICIÓN ............................................................................................ 5 4.2.2 TAXONOMÍA DE AGARRES DE LA MANO ............................................ 5 4.2.3 ARTICULACIONES EN LA MANO .......................................................... 7 4.3 MODELO MATEMÁTICO DE LA PRENSIÓN .............................................. 10 4.3.1 MOVIMIENTO DE UN MECANISMO ..................................................... 10 4.3.2 ECUACIONES DE ESTRUCTURA ........................................................ 11 4.3.3 JACOBIANO DE LA CADENA CINEMÁTICA ........................................ 13 4.3.4 MECÁNICA DE LA PRENSIÓN ............................................................. 15 4.3.5 ANÁLISIS DE LA PRENSIÓN ................................................................ 15 4.3.6 MODELADO DE UN ENLACE DE CONTACTO .................................... 16 4.3.7 CAMPOS DE ACCIÓN DEL CONTACTO.............................................. 18 4.3.8 CONTACTOS ELEMENTALES ............................................................. 19 4.3.9 MODELO DE FRICCIÓN DE COULOMB .............................................. 20 5. ESTADO DEL ARTE .......................................................................................... 23 5.1 UTAH/M.I.T. DEXTROUS HAND.................................................................. 23 5.2 THE ROBONAUT 2 HAND ........................................................................... 25 5.3 UB HAND 3 .................................................................................................. 26 5.4 TWENDY-ONE HAND .................................................................................. 29 5.5 THE DEVELOPMENT OF A NOVEL PROSTHETIC HAND ......................... 30 6. ANÁLISIS DE NECESIDAD DEL POTENCIAL USUARIO ................................. 31 6.1 EJERCICIOS a realizar según taxonomía y necesidad del usuario .............. 34 7. DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LA PRÓTESIS Y DIMENSIONES DE LOS DEDOS ....................................................................... 37 8. BIOMETRÍA DE LA MANO HUMANA ................................................................ 39 9. MODELO MATEMÁTICO ................................................................................... 43 9.1 ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL AGARRE .......................................... 43 9.2 OBTENCIÓN DE LAS FUERZAS DE CONTACTO POR MÉTODOS NUMÉRICOS ..................................................................................................... 59 9.3 OBTENCIÓN DEL TORSOR EQUIVALENTE .............................................. 62 9.4 FUERZAS DE CONTACTO PARA AGARRE CILÍNDRICO (OBTENCIÓN EXPERIMENTAL) .............................................................................................. 69 10. PROTOTIPO DE PRÓTESIS DE MANO ......................................................... 73 11. ANÁLISIS DE RESISTENCIA .......................................................................... 76 11.1 MECANISMO DE SUJECION AL SOCKET ............................................... 80 12. CONTROL ....................................................................................................... 85 12.1 SENSORES DE FLEXIÓN ......................................................................... 85 12.2 GUANTE DE DATOS ................................................................................. 87 12.3 CONTROL DE POSICIÓN ......................................................................... 88 13. RESULTADOS Y EVIDENCIAS ....................................................................... 91 14. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ...................................................................... 95 15. CONCLUSIONES ............................................................................................ 96 16. REFERENCIAS ............................................................................................... 97 17. ANEXOS .......................................................................................................... 99 A. ANÁLISIS DINÁMICO DEL DEDO............................................................ 99 B. MANUAL DEL USUARIO ........................................................................ 105 C. ENLACE CARPETA DRIVE .................................................................... 106 D. DETECCION DE FALLAS ...................................................................... 107PregradoThe project "Design and construction of a hand prosthesis with power grip" includes a set of information gathered on the design, control, and modeling for hand prostheses, from a meticulous compilation of theoretical foundations related to grip taxonomies and fundamentals. necessary math to understand what it is to make a stable power grip. In the next chapter you can find a state of the art focused on the main design criteria when designing a prosthesis both in the choice of materials, actuation, actuators and instrumentation. The following chapters develop the sizing of the hand according to biometric measurements, a mathematical model for a 3-finger prosthesis applicable to any amount of fingers and their corresponding development by numerical methods, later on a finite element analysis of the resistance of the prosthesis is made for certain contact forces that must be generated to end the presentation of the control architecture, focused on explaining the realization of the remote control and all the transmission, acquisition and treatment of the signals. Finally, the results are presented by holding two objects of different weight, the development of the control strategy and finally the conclusions are presented with an appendix that includes a user manual and a protocol for fault detection.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño y construcción de una prótesis de mano con agarre de potenciaDesign and Construction of a Power Grip Hand ProsthesisIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicGripping handProsthesisOrthopedic implantsPrototype developmentManipulatorsMecatrónicaImplantes ortopédicosDesarrollo de prototiposManipuladoresMano de agarrePrótesisCutkosky, M. R. (1989). On Grasp choice, Grasp models, and the design of hands for manufacturing taks (Vol. 5 (3)). IEEE transactions on Robotics and Automation.Grebenstein, M. (2014). Approaching Human Performance, the funcionality-driven awiwi Robot Hand. Editorial SpringerBidaud, P. (s.f.). Cours the préhension et manipulation coordonnéeJazar, R. (s.f.). Theory of Applied Robotics, Kinematics, Cinematics and Control (Segunda ed.). SpringerA. Barrientos, L. F. (s.f.). Fundamentos de Robotica (Segunda ed.). McGrawHill.(17 de Febrero de 2018). Obtenido de KHANACADEMY: https://es.khanacademy.org/math/multivariable-calculus/integrating- multivariable-functions/flux-in-3d-articles/a/unit-normal-vector-of-a-surface(17 de Febrero de 2018). Obtenido de elhospital: http://www.elhospital.com/temas/Colombia-avanza-en-el-desarrollo-de- protesis-mioelectricas+102438?pagina=1(17 de Febrero de 2018). Obtenido de academia: http://academia.utp.edu.co/programas-de-salud-3/files/2014/02/GUIA- AMPUTADOS.pdfF. 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