diseÑo de mecanismo de dedo de 2 grados de libertad …

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ

ESCUELA DE POSGRADO

DISEÑO DE MECANISMO DE DEDO DE 2 GRADOS DE

LIBERTAD PARA PRÓTESIS MIOELÉCTRICA TRANSRADIAL

Tesis para optar el Grado de Magistra en Ingeniería Mecánica

Presentada por:

VICTORIA ELIZABETH ABARCA PINO

Asesorada por:

Dr. Dante Angel Elías Giordano

Lima, 2018

RESUMEN

En la presente tesis se ha realizado el diseño de un mecanismo de dedo de 2 grados de

libertad para una prótesis mioeléctrica transradial, este diseño tiene como característica

que es antropomorfo, reduciendo el impacto visual de una prótesis común ya que las

características en cuanto a tamaño y forma se asemejan a las dimensiones de una mano

promedio. Se concluyó que el diseño sea por medio de cuerdas y poleas, cuyo movimiento

de los dedos se encuentran restringidos por los ángulos entre falanges en cada

articulación.

Este diseño permite la sujeción de un objeto de forma cilíndrica de aproximadamente de

500 gramos, abordando así cálculos de diseño de elementos mecánicos, análisis del

movimiento del mecanismo validado mediante simulaciones computacionales, selección

de componentes, fabricación del diseño mediante impresión 3D con filamento ABS,

evaluación de la funcionalidad, planos de ensamble y despiece para su fabricación.

El costo estimado de diseño y fabricación de los dedos pulgar, índice, medio, anular y

meñique, incluyendo el mecanismo de dos grados de libertad diseñado, y todo esto

integrado en una mano protésica, es de S/. 14,000 aproximadamente.

AGRADECIMIENTOS

Gracias a Dios porque cada día me demuestra lo hermosa que es la vida y lo justa que

puede llegar a ser, llenándome de fe para seguir adelante y alcanzar mis metas, gracias a

mi esposo Carlos Rodríguez por el amor, apoyo e impulso que me ha permitido realizar

con excelencia en el desarrollo de esta tesis.

A mi asesor de tesis Dr. Dante Elías por su persistencia, paciencia y motivación que han

sido fundamentales para mi formación como investigadora. Sus conocimientos, sus

orientaciones y su manera de trabajar han inculcado en mí un sentido de seriedad y

responsabilidad.

Agradecimiento especial a CIENCIACTIVA por apoyar en la realización de esta tesis a

través del Círculo de Investigación denominado "Investigación y desarrollo de

tecnologías de asistencia aplicadas a rehabilitación física y biomecánica deportiva" con

Convenio de Financiamiento 206-2015 FONDECYT.

ÍNDICE DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1

CAPÍTULO 1 ................................................................................................................... 4

ESTADO DEL ARTE .............................................................................................. 4

1.1. Tipos de Amputación ........................................................................................ 8

1.2.1 Niveles de amputación ...................................................................................... 9

1.2. Anatomía de mano .......................................................................................... 10

1.3. Músculos de la mano ...................................................................................... 13

1.4. Movimientos de los dedos .............................................................................. 15

1.4.1 Ángulos de Movilidad de las uniones del dedo .............................................. 16

1.5. Dimensiones de las falanges de las manos ..................................................... 17

1.6. Fuerza en los dedos ......................................................................................... 19

1.7. Prótesis mioeléctricas ..................................................................................... 20

1.7.1. Bebionic (RSL Steeper) .................................................................................. 21

1.7.2. El VINCENTevolution 2 ................................................................................ 22

1.7.3. ILimb Hand de Touch Bionics ....................................................................... 23

1.7.4. Michelangelo .................................................................................................. 24

1.9. Tipos de mecanismos en prótesis ................................................................... 25

CAPÍTULO 2 ................................................................................................................. 35

DISEÑO CONCEPTUAL ...................................................................................... 35

2.1. Requerimientos y especificaciones ................................................................. 35

2.2. Elaboración del concepto de solución ............................................................ 39

2.2.1. Estructura de Funciones .................................................................................. 40

2.2.2. Concepto de solución ....................................................................................... 41

2.3. Concepto de solución preliminar .................................................................... 46

2.4. Proyecto preliminar ........................................................................................ 46

CAPÍTULO 3 ................................................................................................................. 53

CÁLCULOS Y SELECCÍINÓDNICDEE DCEOMCPOONNTEENNTIEDSO ........................................... 53

3.1. Análisis estático .............................................................................................. 53

3.1.1. Agarre de un objeto cilíndrico en dirección Horizontal ................................. 58

3.1.2. Agarre de un objeto cilíndrico en dirección Vertical ..................................... 63

3.2. Movimiento de Flexión .................................................................................. 67

3.3. Movimiento de Abducción ............................................................................. 72

3.4. Cálculo del recorrido de la cuerda .................................................................. 78

3.4.1 Movimiento de extensión ............................................................................... 79

3.4.2 Movimiento de flexión ................................................................................... 80

3.5. Diseño de la polea en el movimiento de Flexión - Extensión ........................ 82

3.6. Selección de motores ...................................................................................... 83

3.7. Análisis de Resistencia de los pasadores ........................................................ 85

3.8. Selección de los rodamientos ......................................................................... 87

3.9. Diseño de la palma ......................................................................................... 90

3.10. Resistencia de las Falanges ............................................................................. 93

3.11. Análisis del movimiento ................................................................................. 96

CAPÍTULO 4 ....................................................................................................... 100

FABRICACIÓN Y PRUEBAS ............................................................................ 100

4.1. Fabricación ................................................................................................... 100

4.2. Resultados ..................................................................................................... 103

CAPÍTULO 5 ............................................................................................................... 106

PLANOS Y COSTOS .......................................................................................... 106

5.1. Planos............................................................................................................ 106

5.2. Costo estimado para desarrollar una prótesis ............................................... 107

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 117

ANEXO A .................................................................................................................... 119

ANEXO B ..................................................................................................................... 120

ANEXO C ..................................................................................................................... 121

ANEXO D .................................................................................................................... 122

ANEXO E ..................................................................................................................... 129

ANEXO F ..............................Í..N...D...I.C...E....D...E...C...O...N...T...E...N..I..D...O .......................................... 136

ANEXO G .................................................................................................................... 137

ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1.1 Personas de Perú con alguna discapacidad por sexo y grupos de edad

[INEI,2012]....................................................................................................................... 5

Figura 1.2 Personas con discapacidad según tipo de limitación para realizar actividades

[INEI,2012]....................................................................................................................... 5

Figura 1.3 Población con y sin discapacidad por sexo, según área de

residencia[ENAHO,2015] ................................................................................................ 6

Figura 1.4 Amputación de dedos ...................................................................................... 9

Figura 1.5 Amputación al nivel del antebrazo. ............................................................... 10

Figura 1.6 Amputación a nivel del brazo ........................................................................ 10

Figura 1.7 Huesos de la mano......................................................................................... 11

Figura 1.8 Huesos Metacarpianos................................................................................... 12

Figura 1.9 Falanges ......................................................................................................... 13

Figura 1.10 Músculos de la mano [Le Vay, 2004] ......................................................... 14

Figura 1.11 Disposición tendinosa en un dedo (a) parte posterior del dedo (b) visión de

perfil................................................................................................................................ 14

Figura 1.12 Movimientos de los dedos: (a) y (b) ordinarios, (c) fino [Le Vay, 2004] ... 15

Figura 1.13 Movimiento de la mano Extensión- Flexión ............................................... 15

Figura 1.14 El movimiento de abducción y aducción. ................................................... 16

Figura 1.15 Flexión y extensión de un dedo ................................................................... 16

Figura 1.16 Aducción y Abducción ................................................................................ 17

Figura 1.17 Ubicación de los sensores para el estudio. [KARGOV,2004] ..................... 19

Figura 1.18 Configuración de una prótesis mioeléctrica ................................................ 21

Figura 1.19 Prótesis de mano de Bebionic ..................................................................... 21

Figura 1.20 Prótesis VINCENTevolution 2 .................................................................... 22

Figura 1.21 Ilimb Hand ................................................................................................... 23

Figura 1.22 Dimensiones Ilimb Hand ............................................................................. 23

Figura 1.23 Prótesis de mano Michelangelo [Belter,2013] ............................................ 24

Figura 1.24 SmartHand ................................................................................................... 26

Figura 1.25 Mecanismo EH1 Milano Hand .................................................................... 26

Figura 1.26 Tipos de agarre EH1 Milano Hand .............................................................. 27

Figura 1.27 Harada Hand ................................................................................................ 27

Figura 1.28 ACT Hand [Deshpande, 2014] .................................................................... 28

Figura 1.29 Cuerdas de ACT Hand [Deshpande, 2014] ................................................ 28

Figura 1.30 Keio Hand [Yamano, 2005] ........................................................................ 29

Figura 1.31 SKKU Hand [Choi,2008] ............................................................................ 30

Figura 1.32 Mechate Hand ............................................................................................. 30

Figura 1.33 Mecanismo de engranajes [Ueda, 2005] .................................................... 31

Figura 1.34 Módulo de NAIST Hand [Ueda, 2005] ....................................................... 31

Figura 1.35 Diseño mecánico de los dedos Galileo Bionic Hand ................................... 32

Figura 1.36 Galileo Bionic Hand .................................................................................... 32

Figura 1.37 Prótesis DLR [Butterfab,2001] .................................................................... 33

Figura 1.38 Flexión extensión y Abducción aducción [Liu, 2008] ................................ 33

Figura 1.39 Sistema interno del dedo DLR Hand [Liu, 2008] ........................................ 34

Figura 2.1 Amputación transradial ................................................................................. 36

Figura 2.2 Mano derecha ................................................................................................ 36

Figura 2.3 Ángulos para la flexión ................................................................................. 37

Figura 2.4 Ángulos para la abducción ............................................................................ 37

Figura 2.5 Batería Lipo ....................................................................................................... 38

Figura 2.6. Estructura de función total ........................................................................... 40

Figura 2.7. Estructura de funciones parcial .................................................................... 40

Figura 2.8 Concepto de solución 1 ................................................................................. 42

Figura 2.9 Concepto de solución 2 ................................................................................. 43

Figura 2.10. Concepto de solución 3 .............................................................................. 44

Figura 2.11. Concepto de solución 4 (a) movimiento de flexión-extensión (b)

movimiento de abducción- aducción .............................................................................. 45

Figura 2.12. Solución Preliminar 1 ................................................................................. 47

Figura 2.13. Solución Preliminar 2 ................................................................................. 48

Figura 2.14. Solución Preliminar 3 - Movimiento Flexión extensión ............................ 49

Figura 2.15. Solución Preliminar 3- Movimiento Abducción aducción ......................... 50

Figura 2.16. Diagrama de Evaluación según 2225 ......................................................... 52

Figura 3.1 Agarre (a) con objeto rectangular (b) con objeto cilíndrico de diámetro

menor (c) con objeto cilíndrico de mayor diámetro ....................................................... 54

Figura 3.2 Sujeción del objeto cilíndrico en forma vertical ............................................ 54

Figura 3.3 Agarre esferoidal (a)hacia arriba (b) hacia abajo .......................................... 55

Figura 3.4 Agarre (a) con objeto cilíndrico de diámetro menor (b)con objeto cilíndrico

en forma horizontal (c) con objeto cilíndrico en forma vertical ..................................... 55

Figura 3.5. Estructura de la prótesis de mano ................................................................. 56

Figura 3.6. Estructura del dedo ....................................................................................... 56

Figura 3.7 Ángulos entre falanges .................................................................................. 56

Figura 3.8 (a) Falange 1, (b) Falange 2 ........................................................................... 57

Figura 3.9 Agarre de un objeto cilíndrico en horizontal ................................................. 59

Figura 3.10 Diagrama del cuerpo libre del objeto cilíndrico en agarre horizontal ......... 59

Figura 3.11 Diagrama del cuerpo libre de la prótesis de mano en posición horizontal .. 60

Figura 3.12 Agarre con un objeto cilíndrico vista frontal y lateral ................................. 61

Figura 3.13 Diagrama del cuerpo libre del objeto cilíndrico agarre vertical .................. 62

Figura 3.14 Diagrama del cuerpo libre de la prótesis de mano en posición vertical ...... 62

Figura 3.15 Agarre de un objeto cilíndrico en vertical ................................................... 64

Figura 3.16 Diagrama del cuerpo libre vista superior en agarre del objeto en vertical .. 64

Figura 3.17 Diagrama del cuerpo libre vista frontal del objeto en vertical ..................... 65

Figura 3.18 Tensiones de las cuerdas ............................................................................. 68

Figura 3.19 .Sección transversal en cada falange ........................................................... 70

Figura 3.20 longitud final ............................................................................................... 71

Figura 3.21 Mecanismo para el movimiento de abducción- aducción. ......................... 73

Figura 3.22 Vista posterior de la mano en abducción ..................................................... 73

Figura 3.23 Ubicación de los cables en la palma ............................................................ 74

Figura 3.24 Tensiones del cable al generar el movimiento de abducción- aducción ...... 74

Figura 3.25 Elementos de abducción a) dedo meñique, b) dedo índice y anular ............ 75

Figura 3.26 Dimensiones de la polea para el movimiento abducción- aducción ............ 75

Figura 3.27 Tensiones dedo índice abducción- aducción ............................................... 76

Figura 3.28 Tensiones dedo anular abducción-aducción ................................................ 76

Figura 3.29 Tensiones dedo meñique abducción aducción ............................................ 77

Figura 3.30 Ubicación de la cuerda ................................................................................ 78

Figura 3.31 Ubicación de las cuerdas para la flexión-extensión .................................... 79

Figura 3.32 Recorrido de la cuerda de la falange1 ......................................................... 79

Figura 3.33 Recorrido de la cuerda de la falange medio ................................................ 80

Figura 3.34 Ubicación de las cuerdas en flexión ............................................................ 81

Figura 3.35 Recorrido de la cuerda de la falange proximal en flexión ........................... 81

Figura 3.36 Recorrido de la cuerda de la falange medio en flexión ............................... 81

Figura 3.37 Dimensiones y características de la cuerda ASSO ........................................ 82

Figura 3.38 Ubicación de las cuerdas en la polea para el movimiento de flexión -

extensión ......................................................................................................................... 82

Figura 3.39 Dimensiones de la polea para el movimiento de flexión y extensión .......... 83

Figura 3.40 Características del motor POLOLU 994 ..................................................... 84

Figura 3.41 Dimensiones del motor 994 ......................................................................... 85

Figura 3.42 Pasadores en las falanges ............................................................................ 85

Figura 3.43 Diagrama del cuerpo libre de las fuerzas aplicadas en el pasador ............... 86

Figura 3.44 Diagrama de Momento Flector y diagrama de esfuerzo cortante ................ 87

Figura 3.45 Dimensiones del Rodamiento W638/3-2Z .................................................. 88

Figura 3.46 Fuerza radial sobre el rodamiento. .............................................................. 88

Figura 3.47 Montaje de elementos en la palma .............................................................. 90

Figura 3.48 Partes que conforman la palma ................................................................... 91

Figura 3.49 Ensamble de la palma con los dedos ........................................................... 91

Figura 3.50 Medidas generales de la palma .................................................................... 92

Figura 3.51 Área útil para ensamble de elementos ......................................................... 92

Figura 3.52 Materiales para la simulación ...................................................................... 93

Figura 3.53 Configuración de malla ............................................................................... 93

Figura 3.54 Tensión de Von Mises ................................................................................. 94

Figura 3.55 Coeficiente de seguridad ............................................................................. 94

Figura 3.56 Desplazamiento ........................................................................................... 95

Figura 3.57 Resumen de Resultados de la simulación .................................................... 95

Figura 3.58 Trayectoria de los dedos en 3D .......................................................................... 96

Figura 3.59 Trayectoria vista frontal .............................................................................. 96

Figura 3.60 Trayectoria vista lateral izquierda ............................................................... 97

Figura 3.61 Trayectoria vista lateral derecha .................................................................. 97

Figura 3.62 Posición Vs Tiempo .................................................................................... 98

Figura 3.63 Velocidad Vs Tiempo .................................................................................. 98

Figura 3.64 Aceleración Vs Tiempo ............................................................................... 99

Figura 4.1 Curvas ajuste de diámetros para impresión 3d ............................................ 101

Figura 4.2 Impresión 3D ............................................................................................... 101

Figura 4.3 Piezas en impresión 3D ............................................................................... 102

Figura 4.4 Objeto cilíndrico .......................................................................................... 102

Figura 4.5 Movimiento de aducción- abducción .......................................................... 103

Figura 4.6 Movimiento de Flexión ............................................................................... 103

Figura 4.7 Agarre en horizontal posición vertical ........................................................ 104

Figura 4.8 Agarre en horizontal posición horizontal .................................................... 104

Figura 4.9 Agarre en vertical con un objeto cilíndrico de 530gr .................................. 104

Figura 4.10 Agarre de un objeto esférico en posición vertical ..................................... 105

Figura 4.11 Agarre de un objeto esférico en posición horizontal ................................. 105

Figura 4.12 Similitud con una mano humana ............................................................... 105

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1.1 Población total y con alguna discapacidad estimada. [ENAHO,2015] ............. 6

Tabla 1.2 Población con y sin discapacidad por grandes grupos de edad, según ámbito

geográfico. [ENAHO,2015] .............................................................................................. 7

Tabla 1.3 Población con y sin discapacidad por condición de pobreza según ámbito

geográfico. [ENAHO,2015] .............................................................................................. 7

Tabla 1.4 Direcciones de Funciones motoras. [INR,2015] ............................................... 8

Tabla 1.5 Longitudes promedio de las falanges del dedo índice de mujeres en mm ...... 18

Tabla 1.6 Longitudes promedio de las falanges del dedo medio de mujeres en mm ..... 18

Tabla 1.7 Longitudes promedio de las falanges del dedo anular de mujeres en mm ..... 18

Tabla 1.8 Longitudes promedio de las falanges del dedo meñique de mujeres en mm. 18

Tabla 1.9 Longitudes promedio de las falanges del dedo pulgar de mujeres en mm ...... 19

Tabla 1.10 Fuerzas en el agarre cilíndrico. [KARGOV,2004] ....................................... 20

Tabla 1.11 Torques durante el agarre del cilindro en las articulaciones de los dedos

humanos, de prótesis adaptativas y de no adaptativas. [KARGOV,2004] ..................... 20

Tabla 1.12 Especificaciones técnicas de la prótesis de mano de Bebionic ..................... 22

Tabla 1.13 Características Ilimb Hand............................................................................ 24

Tabla 2.1 Medidas de mano derecha del usuario ............................................................ 36

Tabla 2.2 Matriz morfológica ......................................................................................... 41

Tabla 2.3 Evaluación de criterios técnicos y económicos del concepto de solución ...... 46

Tabla 2.4 Balance técnico- económico ........................................................................... 50

Tabla 2.5 Valor técnico X ............................................................................................... 51

Tabla 2.6 Valor Económico Y ........................................................................................ 51

Tabla 2.7 Valor técnico -valor económico ...................................................................... 52

Tabla 3.1 Pesos de las Falanges ...................................................................................... 58

Tabla 3.2 Fuerza normal, fuerza de fricción en dedo índice y pulgar ............................. 67

Tabla 3.3 Reacción en el eje x y eje y............................................................................. 67

Tabla 3.4 Momentos en la falange 1 y falange2 ............................................................. 68

Tabla 3.5 Tensión de las cuerdas en movimiento de flexión .......................................... 69

Tabla 3.6 Área de las Falanges ....................................................................................... 71

Tabla 3.7 Elongación de la silicona ................................................................................ 72

Tabla 3.8 Fuerza de la silicona ....................................................................................... 72

Tabla 3.9 Torque en vacío .............................................................................................. 77

Tabla 3.10 Torque con carga .......................................................................................... 78

Tabla 3.11 Propiedades del ABS .................................................................................... 86

Tabla 3.12 Características del rodamiento W638/3-2Z .................................................. 88

Tabla 5.1 Codificación de los planos ............................................................................ 107

Tabla 5.2 Costos ........................................................................................................... 108

Tabla 5.3 Costos de componentes ................................................................................ 108

Tabla 5.4 Costos de servicio de fabricación ................................................................. 108

Tabla 5.5 Costos de filamento utilizado para la fabricación ........................................ 109

Tabla 5.6 Costos de fabricación en LIBRA .................................................................. 111

Tabla 5.7 Costos de preparación del equipo ................................................................. 112

Tabla 5.8 Costos de supervisión ................................................................................... 112

Tabla 5.9 Costo total del servicio de fabricación ......................................................... 112

Tabla 5.10 Costos de ensamble .................................................................................... 112

Tabla 5.11 Costos totales .............................................................................................. 113

1

INTRODUCCIÓN

La encuesta sobre discapacidad realizada en el año 2012 por el Instituto Nacional de

Estadística e Informática del Perú muestra que el 5,2% de la población nacional

(1,575.402 personas) padecen algún tipo de discapacidad. Este porcentaje se distribuye

en los rangos de edad de 15 a 64 años en un 41.3% (650.641 personas) y mayor a 65 años

en un 50,4% (794.002 personas). Para el año 2015 el Instituto Nacional de Rehabilitación

“Dra. Adriana Rebaza Flores” atendió 7491 con procedimiento de amputación,

tratamiento de quemaduras y trastornos postulares.

En la vida de un trabajador, la amputación de un miembro superior o miembro inferior,

debido a accidentes, enfermedades vasculares, traumatismos, infecciones, tumores o

defectos congénitos, ocasiona incapacidad permanente y genera un shock psicológico

debido a las diferencias con las personas de su entorno habitual. En el caso de amputación

transradial, el mercado ofrece prótesis mioeléctricas de alta tecnología como Bebionic,

Vicent Evolution2, Ilimb Hand de Touch Bionics y Michelangelo, que ayudan al usuario

a realizar tareas fundamentales para la vida pero su alto costo las vuelve de difícil acceso.

Existen diferentes mecanismos para el movimiento de los dedos entre los cuales podemos

encontrar a través de cables que pasan a lo largo de las falanges (Smart motor hand, EH1

Milano hand, Harada Hand y ACT hand), por medio de correas y poleas (Keio hand y

SKKU hand), mecanismos de cuatro barras (Mechate hand), sistema de engranajes (Naist

hand I), y empleando dos motores contrapuestos (DLR phosyhetic hand).

Considerando el factor económico se pretende desarrollar un producto alcanzable para

familias de bajos recursos económicos, fundamentando el proceso de diseño ydesarrollo

2

en base a tamaño y forma como factores que influyen en el funcionamiento y estética.

Por ello el Grupo de Investigación en Robótica Aplicada y Biomecánica (GIRAB) está

ejecutando el proyecto titulado Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con

algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos, el cual es financiado por

CIENCIACTIVA del Círculo de Investigación denominado "Investigación y desarrollo

de tecnologías de asistencia aplicadas a rehabilitación física y biomecánica deportiva"

con Convenio de Financiamiento 206-2015 FONDECYT.

Entonces, y para contribuir a los alcances del proyecto antes mencionado, en este trabajo

se propone diseñar un mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para una prótesis

mioélectrica transradial, y como objetivos específicos; realizar el estado del arte, elaborar

el concepto solución y diseño conceptual, modelar y simular el movimiento del dedo de

la mano, desarrollar los cálculos del diseño mecánico del dedo, seleccionar componentes,

realizar los planos de ensamble, planos de detalle y estimar costos de fabricación. Estos

objetivos siguen la metodología de diseño según la norma alemana VDI2206.

Como alcance se requiere diseñar un mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para una

prótesis mioeléctrica transradial, este diseño debe contribuir a que la prótesis que se está

desarrollando tenga característica antropomorfa y que permita la sujeción de un objeto de

forma cilíndrica de aproximadamente de 500 gramos. En los cálculos de diseño se

abordará el análisis del movimiento del mecanismo, el análisis de resistencia y

deformación de los componentes, la selección de los actuadores, así como la fabricación

del prototipo mediante impresión 3D para evaluar la funcionalidad del diseño.

El resultado será obtener una propuesta de mecanismo para dedos adaptativos y

antropomorfos mediante el análisis del movimiento del mecanismo desarrollado,

validado mediante simulaciones computacionales, así mismo se contará con los planos de

ensamble y despiece para su fabricación posterior y una estimación del costo de

fabricación.

Con el diseño de este mecanismo se podrán fabricar prótesis de mano que permitan un

alto grado de reinserción social y laboral a través del incremento de su autonomía. El

impacto a la sociedad es bajar el índice de personas discapacitadas desempleadas en el

Perú, ayudar a las personas con capacidades distintas a integrarse de manera potencial y

3

de manera transparente a la sociedad, influir positivamente en su autoestima permitiendo

integrar el grupo de trabajo en distintas áreas laborales y en ciertas situaciones retomar

su puesto antes de la pérdida.

4

CAPÍTULO 1

ESTADO DEL ARTE

La primera fase del diseño es la comprensión de la solicitud, por medio del estado del arte

se definen las características del producto a diseñar, restricciones y recursos disponibles,

iniciando con la situación actual de discapacidad en el Perú luego con los tipos de

amputación, la anatomía de la mano, fisiología, movimientos, dimensiones, diseño de

tecnologías desarrolladas en prótesis y tipos de mecanismos en prótesis mioeléctricas.

1.1 Actualidad en el Perú

En el año 2012 el Instituto Nacional de Estadística e Informática realizó la primera

encuesta Nacional especializada sobre la discapacidad, la cual menciona que el 5,2% de

la población nacional (1,575.402 personas) padecen de algún tipo de discapacidad o

limitación física y/o mental, como se muestra en la Figura 1.1. Esta condición afecta a la

población mayor de 65 años (50,4%) y a la población de 15 a 64 años (41,3%)

[INEI,2012].

5

Figura 1.1 Personas de Perú con alguna discapacidad por sexo y grupos de edad [INEI,2012]

Los tipos de limitación más frecuentes en la población con discapacidad son las

dificultades para moverse o caminar y/o para usar brazos o piernas con el 59,2% y las de

tipo visual con un 50,9% estos datos se muestran en la Figura 1.2.

Figura 1.2 Personas con discapacidad según tipo de limitación para realizar actividades [INEI,2012]

INEI en el año 2015 presenta un documento titulado “Caracterización de las condiciones

de vida de la población con discapacidad 2015”. Producido en base a la información de

dos de las encuestas permanentes que realiza La Encuesta Nacional de Hogares (ENAHO)

y La Encuesta Demográfica y de la Salud Familiar (ENDES).

La población con discapacidad se encuentra estimada en base a la tasa de prevalencia de

5,2% obtenida en la Primera Encuesta Nacional Especializada en el año 2012. La

16.6 18.8

32.1 33.8 42.4

50.9 59.2

(Porcentaje)

Par

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6

población con discapacidad de ambos sexos se muestra en la Tabla 1.1 un valor de

1,619.885.

Tabla 1.1 Población total y con alguna discapacidad estimada. [ENAHO,2015]

Población Ambos Sexos Hombre Mujer

Total 31,151.643 15,605.814 15,545.829

Con Discapacidad 1,619.885 811.502 808.383

Esta población fue analizada por distribución por sexo, distribución por grupos de edad

en el ámbito geográfico y la condición de pobreza.

a) Distribución por sexo: En el área urbana existe mayor proporción de población con

discapacidad de sexo femenino 50,7% en comparación al 49,3% de sexo masculino.

En el área rural la población con discapacidad de sexo femenino es de 50,4% y de

sexo masculino 49,6% como se muestra en la Figura 1.3.

Figura 1.3 Población con y sin discapacidad por sexo, según área de residencia[ENAHO,2015]

b) Distribución por grupos de edad en el ámbito geográfico: la población con

discapacidad desde 65 años a más se encuentra en la Sierra con un 52,2% y en el área

rural con un 51,6%. La población menor a 15 años de edad muestra una mayor

proporción en la selva con un 15,8% y en la Costa con un 12,9%. La población entre

15 años a 64 años de edad se encuentra mayor proporción en la Selva con un 48,8%

y en Lima Metropolitana con un 46,3% como se muestra en la Tabla 1.2.

7

Tabla 1.2 Población con y sin discapacidad por grandes grupos de edad, según ámbito geográfico. [ENAHO,2015]

Ámbito

geográfico

Población con discapacidad Población sin discapacidad

Total Menor de 15 años

De 15 a 64 años

65 y más años Total Menor de

15 años De 15 a 64 años

65 y más años

Total 100 9,3 43,6 47,0 100 27 64,5 8,5

Área Urbana 100 9,6 45,1 45,3 100 25,1 66,4 8,4

Área Rural 100 8,7 39,7 51,6 100 32,9 58,1 9

Lima Metropolitana 100 8,2 46,3 45,5 100 22,8 67,7 9,5

Costa 100 12,9 42,9 44,2 100 26,7 64,4 8,9

Sierra 100 6,9 40,9 52,2 100 28,2 63,2 8,6

Selva 100 15,8 48,8 35,4 100 34,4 60,0 5,5

c) La condición de pobreza: en el área rural se observa que la población pobre con

discapacidad es mayor con un 43,2% y el área urbana con un 15,6%. Siendo la región

Sierra mayor 33,8% y la población no pobre con discapacidad en Lima metropolitana

con 91,9%, como se muestra en la Tabla 1.3.

Tabla 1.3 Población con y sin discapacidad por condición de pobreza según ámbito geográfico.

[ENAHO,2015]

Ámbito geográfico

Población con discapacidad Población sin discapacidad

Pobre No pobre Pobre No pobre

Total 23,2 76,8 21,7 78,3

Área urbana 15,6 84,4 14,5 85,5

Área rural 43,2 56,8 45,3 54,7

Lima Metropolitana 8,1 91,9 11,0 89,0

Costa 19,9 80,1 17,7 82,3

Sierra 33,8 66,2 32,4 67,6

Selva 27,3 72,7 29,0 71,0

Los datos en la Tabla 1.4 se ha tomado del Instituto Nacional de Rehabilitación “Dra.

Adriana Rebaza Flores” donde muestra la cantidad de personas que fueron atendidos en

el año 2015 en el Perú, analizando como principal departamento a amputados, quemados

y trastornos postulares teniendo un valor de 3701 atendidos (Atd) y 7491 atenciones

(Atc).

8

Tabla 1.4 Direcciones de Funciones motoras. [INR,2015]

Departamento Año 2011 Año 2012 Año 2013 Año 2014 Año 2015

Atd Atc Atd Atc Atd Atc Atd Atc Atd Atc

Total 11467 21136 9885 17607 9342 17765 11109 23027 9760 22677

Amputados, quemados y trastornos postulares 5236 7744 4281 6278 4095 6600 4579 8117 3701 7491

Unidad motora y dolor 4559 9173 4114 7741 3764 7470 4649 9376 4312 9970

Lesiones Centrales 992 2955 996 2620 995 2723 1288 4231 1158 3748

Lesiones medulares 580 1264 494 968 488 972 593 1303 589 1468

1.1. Tipos de Amputación

La amputación se define como la pérdida completa o parcial de un organismo del resto

del cuerpo. Actualmente existen diferentes causas de amputación: enfermedades

vasculares, traumatismos, infecciones, tumores y defectos congénitos.

a) Enfermedades vasculares: se presenta en el paciente geriátrico aproximadamente un

75-85% del total de las amputaciones, destacando la arterioscleriosis y la diabetes

mellitus como complicación más frecuente. El déficit circulatorio ocasionado en estas

enfermedades conduce a la gangrena de los tejidos, lo cual obliga a la amputación

b) Traumatismos: se presenta más frecuente en el paciente joven debido a accidentes de

tráfico, laborales y deportivos. La amputación traumática da lugar a un segmento de

tejido no viable. Además, las lesiones graves de los vasos sanguíneos pueden impedir

la viabilidad de la parte distal a la lesión, aunque dicho segmento continúe unido al

cuerpo.

c) Infección: se presenta en caso de infecciones potencialmente mortales donde la única

forma de salvar al enfermo es amputar la parte infectada. Por ejemplo, la gangrena

gaseosa o la fascitis necrotizante.

d) Tumores: afectan principalmente a los jóvenes, se realiza la amputación para eliminar

tumores malignos agresivos, así como para evitar metástasis.

e) Defectos congénitos: puede faltar todo una extremidad o una parte de ella. Las

malformaciones pueden ser transversas cuando el miembro se ha desarrollado

9

normalmente hasta un nivel determinado y a partir de ahí no existen elementos óseos

y longitudinales cuando hay una reducción o ausencia de un hueso a lo largo del

miembro. [Le Vay, 2004]

1.2.1 Niveles de amputación

Existen dos niveles de amputación: de miembro superior y las de miembro inferior. En

este estudio se analizará las amputaciones del miembro superior

a) Amputación de la mano y dedos: son casi siempre de origen traumático especialmente

en accidentes laborales. El dedo más importante es el pulgar por lo que puede darse

ciertas intervenciones de reconstrucción para que pueda existir la posibilidad de una

pinza que permita una buena readaptación, como se muestra en la Figura 1.4.

Figura 1.4 Amputación de dedos1

b) Amputación a nivel del antebrazo: se denomina amputación por debajo del codo,

como se muestra en la Figura 1.5. Al conservar grandes grupos musculares, suturar

sus tendones y manteniendo una ligera tensión, facilita el uso de una prótesis

mioeléctrica.

1 Fuente: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1657-95342015000200005. Web: 15-09-2016

http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&amp%3Bpid=S1657-95342015000200005

10

Figura 1.5 Amputación al nivel del antebrazo. 2

c) Amputación a nivel del brazo: se denomina amputación por encima del codo, como

se muestra en la Figura 1.6. Puede ir desde el cuello quirúrgico del húmero hasta el

tercio distal de éste.

Figura 1.6 Amputación a nivel del brazo3

1.2. Anatomía de mano

Los huesos de la mano se dividen en las falanges; proximal, media y distal, los huesos

metacarpianos; I, II, III, IV y V, los cuales sujetan la palma y las falanges, los huesos del

carpo; conformados de la hilera próxima e hilera distal.

a. La muñeca o carpo

Está situada entre el radio y el cúbito del antebrazo y los huesos de los dedos como se

muestra en la Figura 1.7 y está formada por ocho pequeños huesos carpianos con

estructura irregular, que se disponen en dos hileras, una proximal y otra distal de cuatro

huesos.

2 Fuente: //www.efisioterapia.net/articulos/terapia-espejo-rehabilitacion-paciente-amputado Web: 15-09-2016https 3 Fuente: https://azulcafe.wordpress.com/2008/10/09/exitoso-el-primer-transplante-de-brazos/ Web: 15-09-2016https

http://www.efisioterapia.net/articulos/terapia-espejo-rehabilitacion-paciente-amputado

http://www.efisioterapia.net/articulos/terapia-espejo-rehabilitacion-paciente-amputado

11

Figura 1.7 Huesos de la mano. 4

La hilera proximal está formada por el escafoides, semilunar, pisiforme, piramidal y el

pisiforme. El escafoides es un hueso en forma de barco que tiene una gran faceta ósea

para la articulación con el extremo inferior del radio el cual se articula con tres huesos de

la fila distal. El semilunar es un hueso en forma de luna que se articula con el extremo

inferior del radio. El piramidal es en forma de pirámide y se articula con el disco de la

articulación cúbito-radial inferior y el hueso pisiforme. El pisiforme es un pequeño hueso

que se encuentra ubicado en el tendón del músculo flexor cubital del carpo.

La hilera distal está formada por el trapecio, trapezoide, hueso grande, ganchoso. El

trapecio es un hueso de cuatro capas que está ubicado entre el escafoides y el primer

hueso metacarpiano, el cual tiene una gran faceta ósea y con forma de silla de montar

para la articulación con el primer hueso metacarpiano y un tubérculo prominente en su

cara palmar. El trapezoide en un pequeño hueso en forma de cuña que está situado entre

el extremo distal del escafoides y el segundo hueso metacarpiano de la mano llegando

hasta la base del dedo índice. El hueso grande es el más largo de los huesos carpianos,

llamado así por su cabeza grande y redondeada el cual está situado en la hendidura en

forma de taza formada por el escafoides y el semilunar, en su extremo distal se articula

4 Fuente: http://www.myanatomy.tuars.com/huesos-ms2.html. Web: 19-09-2016

http://www.myanatomy.tuars.com/huesos-ms2.html

12

con el tercer hueso metacarpiano y también con los huesos del metacarpianos segundo y

cuarto. El ganchoso es un hueso triangular más ancho en su extremo distal que en el

proximal articulándose con los huesos semilunar y piramidal, tiene una apófisis con forma

de gancho en su superficie.

b. Huesos Metacarpianos:

Están formados por un cuerpo y dos terminaciones bulbosas que por un lado sujetan la

palma de la mano y por el otro las 14 falanges o huesos de los dedos. La base proximal

de cada uno se articula con un hueso carpiano en la articulación carpometacarpiana,

mientras que la cabeza distal redondeada forma los nudillos integrando la articulación

metacarpofalángica con la falange proximal del dedo correspondiente, como se muestra

en la Figura 1.8.

Figura 1.8 Huesos Metacarpianos 5

El primer metacarpiano es el hueso del pulgar extremadamente móvil. La acción de

oposición del pulgar es importante ya que permite a los humanos utilizar herramientas de

un modo efectivo. El segundo metacarpiano se articula con el dedo índice y es el más

largo, y con menos movilidad de los cinco huesos. El tercer metacarpiano: es el más corto,

y con más movilidad que el segundo. El cuarto metacarpiano: el tercero, cuarto y quinto

metacarpiano se articulan solamente con un hueso carpiano y por tanto no están

firmemente fijados en su lugar. El quinto metacarpiano: es el hueso más pequeño y tiene

mayor movilidad articulándose con los huesos del dedo meñique.

c. Las falanges

Los huesos de los dedos y se encuentran numeradas desde el 1 al 5 comenzando desde el

pulgar, solo el dedo pulgar tiene 2 falanges y los demás dedos tienen 3 falanges cada uno,

5 Fuente: https://gl.wikipedia.org/wiki/Metacarpo. Web: 19-09-2016

13

que se articulan en dos articulaciones interfalángicas (una proximal y otra distal), como

se muestra en la Figura 1.9.

Las falanges proximales son los más cercanos a la muñeca y se articulan con los huesos

metacarpianos en las articulaciones metacarpofalángicas. Las falanges medias son los

huesos que se articulan con las falanges proximal y distal en las articulaciones

interfalángicas. Las falanges distales son los huesos que se encuentran situados en las

yemas de los dedos, tienen forma aplanada en el extremo, donde se sitúa la base de la

uña.

Figura 1.9 Falanges 6

1.3. Músculos de la mano

La mano humana para realizar diferentes tipos de movimiento, necesita la fuerza

contráctil de una masa de tejido muscular, controlados por la acción de los músculos del

antebrazo y los tendones. Estas acciones son producidas por los pequeños músculos

intrínsecos, los que se dividen en tres grupos: el primer grupo son los músculos de la

eminencia tenar que están entre la base del pulgar y la muñeca, realizando el movimiento

del pulgar. El segundo grupo son los músculos de la eminencia hipotenar que se

encuentran entre el dedo meñique y la muñeca, realizando el movimiento del meñique.

El tercer grupo son los músculos cortos, que se sitúan en la parte profunda de la palma de

la mano. Como se muestra en la Figura1.10

6 Fuente: http://novaradiologa.blogspot.pe/2015/05/planos-y-refrencias-en-los-dedos-del.html. Web: 20-09-2016

http://novaradiologa.blogspot.pe/2015/05/planos-y-refrencias-en-los-dedos-del.html

14

Figura 1.10 Músculos de la mano [Le Vay, 2004]

El espacio palmar característico de la mano está limitado por las eminencias tenar e

hipotenar en cada lado. Su piso lo constituye la piel de la palma de la mano, siendo los

metacarpianos sus raíces. A través de él pasan los tendones flexores hacia los dedos y en

él se encuentran los arcos de la arteria cubital con sus ramas que se dirigen hacia los

dedos, así como las ramas digitales que la acompañan de los nervios mediano y cubital

como se muestra en la Figura 1.11

Figura 1.11 Disposición tendinosa en un dedo (a) parte posterior del dedo (b) visión de perfil (c) pate anterior del dedo [Le Vay, 2004]

En los dedos, la disposición de los tendones flexores es compleja cada dedo, excepto el

15

pulgar posee dos flexores, uno profundo y otro superficial. La prensión se realiza

mediante la contracción alternante de los tendones flexores y de los extensores, y el

relajamiento de su sujeción como se muestra en la Figura 1.11

Figura 1.12 Movimientos de los dedos: (a) y (b) ordinarios, (c) fino [Le Vay, 2004]

La acción coordinada fina de los dedos se realiza gracias a la evolución de los músculos

intrínsecos locales confinados en la mano. Su acción especial consiste en la adopción de

la posición de la escritura por los dedos y la oposición del pulgar al resto de una delicada

prensión. Esto es posible por los pequeños músculos que flexionan las articulaciones

metacarpofalángicas y entonces extienden las articulaciones interfalángicas estirando los

largos tendones extensores. [Le Vay, 2004]

1.4. Movimientos de los dedos

El movimiento de extensión es el aumento en el ángulo de la articulación y el movimiento

de flexión es la disminución en el ángulo de la articulación, como se muestra en la Figura

1.13.

Figura 1.13 Movimiento de la mano Extensión- Flexión7

7 https://fisiosinergiave.wordpress.com/2013/08/05/introduccion-a-la-anatomia-iii/

16

La abducción es el movimiento lateral fuera de la línea media del cuerpo. Los dedos se

separan del dedo medio y la aducción es el movimiento lateral hacia la línea del cuerpo,

como se muestra en la Figura 1.14.

Figura 1.14 El movimiento de abducción y aducción. 8

1.4.1 Ángulos de Movilidad de las uniones del dedo

Los movimientos de los dedos son medidos en grados máximos en flexión y extensión.

El promedio de rango de movimiento en el ser humano de la DIP (Articulación distal

interfalángica) en flexión y extensión va desde los 60º a 70º, la PIF (Articulación proximal

interfalangial) desde 100º a 110º, así como la del MCF (Articulación metacarpofalángica)

es de aproximadamente 90º, como se muestra en la Figura 1.15. [Cimadevilla,2006]

Figura 1.15 Flexión y extensión de un dedo9

La aducción y abducción es medida a partir de la línea axial de la mano como se muestra

en la Figura 1.16, En la abducción el dedo índice, medio, anular y meñique se separan en

8 https://fisiosinergiave.wordpress.com/2013/08/05/introduccion-a-la-anatomia-iii/ 9 Fuente: http://spazioinwind.libero.it/gastroepato2/visita_mano.htm. Web: 27-09-2016

http://spazioinwind.libero.it/gastroepato2/visita_mano.htm

17

arcos de aproximadamente 20º, y en el dedo pulgar es de +25º y -25º. Mientras que en la

aducción se juntan y tocan entre sí.

Figura 1.16 Aducción y Abducción10

1.5. Dimensiones de las falanges de las manos

Las siguientes dimensiones de los dedos de las manos se ha tomado del artículo

International Journal of morphology, titulado “Aspectos biométricos de la Mano de

Individuos Chilenos”, el análisis fue con 1.196 manos pertenecientes a 267 hombres y

331 mujeres, de edad entre 18 y 65 años, nacidos y residentes en la VII región de Chile-

Maule, donde cada persona fue sometida a un examen antropométrico de la mano,

obteniendo fotografías digitales de las manos. Las variables consideradas fueron: longitud

de la mano, ancho de la mano, longitud de los dedos, longitud de las falanges.

Este registro de la longitud de la mano fue considerado desde el pliegue distal de la

muñeca hasta el extremo distal del dedo medio, el ancho de la mano se registró desde el

margen lateral de la palma, antes del pliegue digito palmar del dedo indicador, hasta el

margen medial de la palma, previo al pliegue.

Debido a que el diseño mecánico se adaptará a la mano de una mujer se tomará en cuenta

las medias de la falange proximal, media y distal de los dedos, índice, medio, anular,

meñique y pulgar, de las siguientes Tablas de 1.5 a 1.9.

10 Fuente: https://es.slideshare.net/jeje1002/arcos-de-movilidad-de-mano. Web: 28-09-2016

18

Tabla 1.5 Longitudes promedio de las falanges del dedo índice de mujeres en mm

Falange proximal Falange media Falange distal Edades Mano der Mano izq Mane der Mano izq Mano der Mano izq 18-19 4412 4312 277 286 223 223 20-24 4511 4511 286 286 223 223 25-29 4611 4611 295 296 232 232 30-34 3615 3514 247 237 204 204 35-39 4411 4411 286 297 214 214 40-44 4611 4510 286 286 222 222 45-49 4510 4510 286 286 233 223 50-54 4313 4213 276 276 223 222 55-59 3815 3913 258 247 224 224 60-64 3712 3917 257 256 213 212

Tabla 1.6 Longitudes promedio de las falanges del dedo medio de mujeres en mm

Falange proximal Falange media Falange distal

Edades Mano der Mano izq Mano der Mano izq Mano der Mano izq 18-19 4614 4614 328 327 234 234 20-24 4913 4813 326 326 234 234 25-29 5012 4912 335 326 232 242 30-34 3917 3816 287 288 239 239 35-39 5012 3 327 327 234 224 40-44 4911 4812 327 326 242 242 45-49 4912 4912 336 326 243 233 50-54 4614 4514 316 317 243 233 55-59 4116 4116 299 288 234 234 60-64 4015 3714 288 298 233 222

Tabla 1.7 Longitudes promedio de las falanges del dedo anular de mujeresen mm


Edades Mano der Mano izq Mane der Mano izq Mano der Mano izq 18-19 5112 5011 346 345 244 253 20-24 5013 5012 346 345 253 253 25-29 5113 5214 358 357 274 274 30-34 4912 4911 347 356 274 264 35-39 4415 4414 318 308 264 266 40-44 5215 5113 339 3311 256 257 45-49 5212 5212 367 368 264 263 50-54 5212 5212 346 346 253 253 55-59 4917 4916 339 339 273 264 60-64 3414 4616 339 338 274 264

Tabla 1.8 Longitudes promedio de las falanges del dedo meñique de mujeres en mm.


Edades Mano der Mano izq Mane der Mano izq Mano der Mano izq 18-19 409 409 255 255 223 233 20-24 4010 4110 256 255 233 233 25-29 4212 4212 276 288 243 243 30-34 4010 4010 266 265 233 233 35-39 3413 3512 247 237 233 233 40-44 4015 3915 277 267 226 225 45-49 4310 4311 275 277 234 233 50-54 4310 4210 265 255 223 223 55-59 3914 3813 257 258 244 233

19

Tabla 1.9 Longitudes promedio de las falanges del dedo pulgar de mujeres en mm

Falange proximal [mm] Falange distal [mm] Edades Mano der Mano izq Mano der Mano izq 18-19 368 379 294 284 20-24 376 367 294 284 25-29 385 377 293 293 30-34 327 328 275 265 35-39 377 366 275 274 40-44 356 366 283 283 45-49 367 357 285 274 50-54 357 356 296 284 55-59 337 337 284 284

1.6. Fuerza en los dedos

Las medidas de las fuerzas del agarre cilíndrico, fue tomada por el estudio que se realizó

en el Institute for Applied Computer Science (IAI) en Alemania, definiendo 20 diferentes

posiciones de agarre de un objeto cilíndrico, el contacto está definido con una fuerza

mayor de 0,1 N registrada por el sensor.

El estudio se realizó midiendo las fuerzas en 20 puntos distribuidos como se muestra en

la Figura 1.16, las pruebas se realizaron con el peso de 522gramos de un objeto cilíndrico

de 57 mm de diámetro, considerando un contacto efectivo cuando marcaba el sensor una

fuerza mayor a 0,1 N.

Figura 1.17 Ubicación de los sensores para el estudio. [KARGOV,2004]

Según los resultados esta prueba indicó que en promedio en las manos humanas hay 17,2

sensores en contacto, en prótesis adaptativas un 16,2 y prótesis no adaptativas un 9,1. La

mano humana requiere menos fuerzas para sostener la misma carga debido a su

adaptabilidad como se puede observar en la Tabla 1.10, donde la fuerza de una prótesis

adaptativa requiere una fuerza superior 0,8N que genera la mano humana.

20

Tabla 1.10 Fuerzas en el agarre cilíndrico. [KARGOV,2004]

Fuerza promedio [N]

Fuerza máxima [N]

Sumatoria de fuerzas [N]

Fuerza en las yemas de los dedos [N]

Mano humana 0.8 (0.7) 3.8 16.7 6.3 Prótesis adaptativa 1.3 (0.4) 4.7 21.3 9.9 System-electro-hand 2.6 (2.7) 13.8 28.5 17.3 Sensor-hand 3.9 (4.6) 24.7 47.4 24.9

En las prótesis se requiere de más torque de lo que genera una mano humana como se

puede observar en la Tabla 1.11, siendo este un dato importante para el diseño adaptativo,

donde el torque es de 0,15 Nm.

Tabla 1.11 Torques durante el agarre del cilindro en las articulaciones de los dedos humanos, de

prótesis adaptativas y de no adaptativas. [KARGOV,2004]

Dedo Articulación Mano humana

(Nm)

Mano adaptativa

(Nm)

Pulgar MP 0.08 0.15 IP 0.02 0.03

Índice MP 0.09 0.15 PIP 0.05 0.1 DIP 0.01 0.04

Medio MP 0.11 0.15 PIP 0.07 0.15 DIP 0.02 0.05

Anular MP 0.08 0.11 PIP 0.06 (0.03) DIP 0.02 (0.0)

Meñiq ue

MP 0.04 0.08 PIP 0.02 (0.06) DIP 0.01 (0.02)

1.7. Prótesis mioeléctricas

Esta prótesis es eléctrica y controlada por medio de una interface mioeléctrica como se

muestra en la Figura 1.18. En la actualidad es el miembro con más alto grado de

rehabilitación. Combinando tanto el aspecto estético con la fuerza y velocidad de

prensión.

Al contraer el músculo se produce una pequeña señal eléctrica (EMG) que es creada por

la interacción química en el cuerpo, esta señal es muy pequeña y oscila entre 5 a 20 µV

21

Figura 1.18 Configuración de una prótesis mioeléctrica11

La utilización de electrodos que entran en el contacto con la superficie de la piel permite

registrar las señales EMG, una vez registradas se amplifican y procesan por parte de un

controlador que conmuta con los motores eléctricos encendiéndolos y apagándolos, de tal

manera que puedan realizarse los movimientos de la muñeca y mano. Esta prótesis posee

una ventaja que solo requiere que el usuario flexione los músculos para operarla, su

desventaja es que posee una fuente externa de energía para ser accionado, la cual requiere

de mantenimiento y recarga frecuente.

1.7.1. Bebionic (RSL Steeper)

Bebionic es una de las prótesis más ergonómicas y avanzadas en el mercado posee

motores individuales y sensores de posición para cada dedo, posee un control

proporcional de velocidad para realizar tareas de precisión, permitiendo que el objeto a

sujetar no resbale. En esta prótesis se ajusta manualmente el pulgar y en la muñeca se

regula el ángulo de pronación mecánicamente. Esta prótesis se muestra en la Figura1.19,

y cuyas características se encuentran en la Tabla 1.12.

Figura 1.19 Prótesis de mano de Bebionic12

11 Fuente: http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01-2d.htm. Web: 12-10-2016 12 Fuente: http://bebionic.com/the_hand/technical_information. Web: 12-10-2016

http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01-2d.htm

http://bebionic.com/the_hand/technical_information

22

Tabla 1.12 Especificaciones técnicas de la prótesis de mano de Bebionic13

Especificaciones Large Medium

A (altura desde la punta del dedo medio a la base de la mano)

200 mm 190 mm

B (altura desde el pulgar hasta la base de la mano)

125 mm 121 mm

C (ancho de la mano) 92 mm 84 mm D (diámetro de la muñeca) 50 mm 50 mm Diámetro de la Palma 220 mm 204 mm Apertura máxima 105mm 105mm Ángulo del pulgar 68º 68º Peso 557 - 598 gramos 550 -591 gramos

Características de funcionamiento

Máxima potencia 140,1N Máximo agarre Tripod 36,6N Máximo agarre key 26,5 N Máximo tiempo de abrir /cerrar Tripod Grip 0,5 segundos Máximo tiempo de abrir /cerrar - Power Grip 0,5 segundos Máximo tiempo de abrir /cerrar - Key Grip 1.0 segundos Máxima carga estática Hook Grip 45 kg Máxima carga en dedo individual Hook Grip Gancho 25 kg

1.7.2. El VINCENTevolution 2

El VINCENTevolution 2 es una prótesis de aleación de aluminio que posee un diseño

compacto, caracterizada por tener doce agarres distintos, con un motor por dedo y dos

motores en el pulgar, posee dos falanges por dedo una distal y una proximal, el control lo

realiza con dos sensores EMG, posee una retroalimentación vibrotáctil, que es una

sensación de toque en la yema del dedo de la prótesis. Esta prótesis estimula a través de

los receptores del muñón del área sensorial, teniendo un efecto positivo sobre el dolor

fantasma, esto hace que el agarre de objetos sea fácil y más seguro. Esta prótesis se

muestra en la Figura 1.20

Figura 1.20 Prótesis VINCENTevolution 2 14

13 Fuente: http://bebionic.com/the_hand/technical_information. Web: 13-10-2016 14 Fuente: http://vincentsystems.de/en/prosthetics/vincent-evolution-2/. Web: 13-10-2016

http://bebionic.com/the_hand/technical_information

http://vincentsystems.de/en/prosthetics/vincent-evolution-2/

23

1.7.3. ILimb Hand de Touch Bionics

El iLimb que se muestra en la Figura 1.21 es una prótesis con alimentación externa

controlado por señales mioeléctricas, lo que significa que utiliza señales de los músculos

en la extremidad residual del paciente para mover el dispositivo. Los electrodos se

colocan directamente sobre la piel del usuario por encima de dos sitios musculares

preseleccionados. Los electrodos recogen los cambios sutiles en los patrones eléctricos y

enviar estas señales a un microprocesador que instruye a la iLimb para abrir y cerrar la

mano.

Figura 1.21 Ilimb Hand15

A continuación, se muestran en la Figura 1.22 y la Tabla 1.13 las medidas de las prótesis

iLimb Hand y sus características respectivamente.

Figura 1.22 Dimensiones Ilimb Hand16

15 Fuente: https://www.eng.yale.edu/grablab/pubs/Belter_JRRD2013.pdf. Web: 15-10-2016 16 Fuente: https://www.eng.yale.edu/grablab/pubs/Belter_JRRD2013.pdf. Web: 16-10-2016

https://www.eng.yale.edu/grablab/pubs/Belter_JRRD2013.pdf


24

Tabla 1.13 Características Ilimb Hand 17

INFORMACIÓN TÉCNICA

Voltaje 7,4 V (nominal) Máxima Corriente 5A Capacidad de la batería litio recargable 4V (nominal), 1300mAh Máxima carga en la mano 90Kg- 198lb Máxima carga en los dedos 32Kg – 71lb Tiempo de apertura 1,2 segundos Peso Pequeña:469 g

Mediana:479 g Fuerza de agarre 10,2kg (100N) Fuerza en pinza 2,1 kg (21N)

1.7.4. Michelangelo

La prótesis Michelangelo tiene pocos grados de libertad, se compone de un solo eslabón

rígido y carece de articulaciones interfalángicas. Los dedos pulgar, índice y medio son

activos, mientras que el anular y meñique son pasivos. El pulgar realiza su movimiento

por control mioeléctrico. Tiene un peso de 420gramos, una velocidad de 324mm/s,

apertura de la mano 120mm, fuerza de apriete en oposición 70N, fuerza de apriete en

agarre lateral 60N, Fuerza de apriete en posición neutral 15N.

Figura 1.23 Prótesis de mano Michelangelo [Belter,2013]

La prótesis de mano Michelangelo tiene numerosas funciones de la mano natural, esto

debido a las siete diferentes opciones de agarre. La pinza lateral o también conocido como

el agarre de llave, le permite agarrar objetos planos como papel o tarjetas de crédito, este

movimiento lo realiza moviendo el pulgar lateralmente hacia el dedo índice. La pinza

tridigital o también conocido como agarre de pinza, permite sostener de forma segura

17 Fuente: https://www.eng.yale.edu/grablab/pubs/Belter_JRRD2013.pdf. Web: 16-10-2016


25

objetos pequeños como un bolígrafo, este movimiento lo realiza con los dedos pulgar,

índice y medio que forman un soporte de tres puntos.

En esta prótesis el modo neutral es la postura de descanso, que quiere decir que cuando

los músculos se encuentren relajados la mano adoptará la postura de mano natural y

relajada.

El agarre lateral permite sujetar objetos de tamaño mediano como un teléfono móvil este

movimiento se realiza con el pulgar que se mueve lateralmente hacia el dedo índice, el

agarre fuerte en oposición permite sostener de forma segura objetos de gran diámetro,

este movimiento lo realiza mediante la apertura total de la mano.

La abducción y aducción de los dedos, permite sostener los objetos planos y finos de

menos de tres mm como los billetes, este movimiento lo realiza abriendo y cerrando los

dedos. La palma abierta, permite llevar de forma natural objetos como un plato, este

movimiento se lo realiza con la mano abierta, consiguiendo una postura de mano plana.

1.9. Tipos de mecanismos en prótesis

Existen actualmente diferentes tipos de mecanismos para el movimiento de los dedos,

Smarthand, EH1 Milano hand, Harada Hand y ACT hand que tiene un mecanismo

mediante un conjunto de cables que pasan a lo largo de las falanges, Keio hand y SKKU

hand por medio de correas y poleas, Mechate hand, con un mecanismo de cuatro barras

Naist hand I, con un sistema de engranajes y DLR phosyhetic hand emplea dos motores

contrapuestos. A continuación, se detallan cada uno de ellos.

a. SmartHand

La SmartHand posee un mecanismo adaptativo, el movimiento de flexión - extensión lo

realiza por medio de cables y poleas que van moviendo a cada falange hacia el objeto en

sujeción, este mecanismo brinda la capacidad de realizar una variedad de gestos teniendo

una mayor superficie de contacto. Los cinco dedos son actuados por 4 motores ubicados

en la palma de la mano como se puede observar en la Figura 1.24. Esta mano posee 16

grados de libertad, 3 grados de flexión - extensión por cada dedo y dos grados de

26

abducción aducción en el pulgar. El peso que soporta esta prótesis es de 10 Kg, el peso

de esta prótesis es de 530 gramos y el tiempo de cierre es de 3.5 segundos [Cipriani, 2011]

Figura 1.24 SmartHand18

b. EH1 Milano Hand

El movimiento de flexión – extensión lo realiza mediante 6 motores que transmiten el

movimiento a los engranajes rectos que giran el tornillo que a su vez mueve el cable que

pasa por medio de cada falange. En la Figura 1.25 se presenta los componentes principales

desde el motor hasta el dedo. Cuando el dedo está completamente extendido o

completamente flexionado, el control deslizante se detiene automáticamente. Este

comportamiento se consigue por medio de sensores de proximidad en los dos bordes de

la carrera del (Slider). La postura del dedo puede adaptarse al objeto, por lo que diferentes

posturas del dedo pueden corresponder a la misma posición del Slider.

Figura 1.25 Mecanismo EH1 Milano Hand19

18 Fuente: https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10.1186/1743-0003-8-29. Web:20-10-2016 19 Fuente: http://www.prensilia.com/. Web: 22-10-2016

http://www.prensilia.com/

27

El EH1 Milano hand tiene diferentes tipos de agarre, el agarre lateral o agarre dominante,

pinza en el dedo índice bi-digital o pinch, tri-digital y agarre cilíndrico, como se muestra

en la Figura 1.26. Posee tres niveles distintos de fuerza; baja, media y alta. Su peso es de

1420 gramos, la velocidad del movimiento de flexión- extensión es de 1 segundo. La

fuerza en el agarre cilíndrico es de 40 N.

Figura 1.26 Tipos de agarre EH1 Milano Hand20

c. Harada Hand

La mano Harada Hand que se muestra en la Figura 1.27 posee 5 grados de libertad,

formada por cuatro dedos y un pulgar construido con dimensiones aproximadas a una

mano humana, fue diseñado por Harada Electric Industry Inc de Japón fue desarrollada

para aplicaciones protésicas, incluyendo la forma y función de los componentes

electrónicos de mano y de la interfaz humana para el control de la actividad mioeléctrica.

Cada dedo tiene 1 grado de libertad y 3 articulaciones que pueden girar cada uno a 90

grados y por medio de un resorte retorna cuando se afloja su cable. El motor controla el

dedo tirando de un cable en un sistema de poleas, la mano tiene un peso de 369gramos, y

su tiempo de agarre es de 2,39 segundos.

Figura 1.27 Harada Hand21

20 Fuente: http://www.prensilia.com/files/support/doc/Prensilia%20EH1%20basic_10.pdf. Web: 22-10-2016 21 Fuente: http://www.h-e-i.co.jp/Products/e_m_g/ph_sh_2_004.html. Web: 22-10-2016

http://www.prensilia.com/files/support/doc/Prensilia%20EH1%20basic_10.pdf

http://www.h-e-i.co.jp/Products/e_m_g/ph_sh_2_004.html

28

d. ACT Hand

El diseño de ACT (Anatomically Correct Testbed) se basa en biomecánica conjunta

humana, los ligamentos que conectan los huesos creando una capsula articular llena de

cartílagos por medio de cuerdas imitando la geometría de la articulación. Posee un

mecanismo tipo cardan en el distal el eje articulado de abducción-aducción, está orientado

a 60º con respecto al hueso metacarpofalángico como se muestra en la Figura 1.28.

La cuerda que atraviesa por las articulaciones por medio de poleas en la parte de la

muñeca tiene una resistencia a la rotura de 200N y una rigidez de 4800 N y una

característica de deslizarse sobre los huesos. [Deshpande, 2014]

Figura 1.28 ACT Hand [Deshpande, 2014]

El diseño que se muestra en la Figura 1.29 puede lograr, imitar el movimiento de un

tendón real.

Figura 1.29 Cuerdas de ACT Hand [Deshpande, 2014]

29

e. Keio Hand

Keio Hand es una mano compacta compuesta por un mecanismo de poleas y bandas que

generan el movimiento a cada falange, tiene 20 grados de libertad, los cinco dedos están

diseñados con el mismo mecanismo de poleas y bandas, usan motores ultrasónicos en

forma de anillo de baja velocidad instalados en la parte interior de la palma.

Keio Hand fue diseñada imitando su estructura a la mano humana con un movimiento

adaptativo y una fácil operación para el usuario, para producir una fuerza motriz para las

uniones MP1, PIP y DIP. Tiene un peso de 853gramos, La fuerza de agarre es de 1.42N,

se muestra en la Figura. 1.30.

Figura 1.30 Keio Hand [Yamano, 2005]

f. SKKU Hand

La mano II de SKKU tiene tres dedos y es 1.1 veces más grande que una mano humana.

Cada módulo de dedo tiene un total de 3 DOF, el actuador del módulo de dedo tiene dos

motores eléctricos. Y cada motor se instala en la palma a fin de considerar el equilibrio

de peso Y las dos últimas articulaciones la falange distal y la articulación de la falange

media están acopladas mecánicamente como un dedo humano por la polea y la correa

dentada. El diseño de la SKKU Hand se muestra en la Figura 1.31.

30

Figura 1.31 SKKU Hand [Choi,2008]

g. Mechate Hand

Mechate Hand realizó una mano mecánica robusta enfocado para cualquier aplicación, el

movimiento lo realiza a través de 14 articulaciones, la sensibilidad del cumplimiento

optimo del movimiento puede ser ajustado por el usuario, el ajuste lo realiza

comprimiendo los resortes ubicados en el eje del collar de ajuste, como se muestra en la

Figura 1.32. El ajuste debe ser por igual a los demás dedos debido a que cambiará la

posición neutra del dedo. El movimiento lo realiza por medio de 5 servomotores.

Figura 1.32 Mechate Hand22

22 Fuente: https://es.scribd.com/document/187934167/Mechate-Le-Instructions-Ceshnd01-Le. Web: 24-10-2016

31

h. Naist Hand I

Naist Hand I tiene 4 dedos, donde cada dedo tiene 3 DOF. Todos los actuadores están

incrustados en la palma. Todas las juntas son accionados por engranajes. Dos pares de

formas diferentes por tres engranajes cónicos se combinan en la articulación de MP

(Articulación metacarpofalángica). El eje de salida del motor 3 pasa a través del engranaje

y polea de conexión con el motor 2. Como se muestra en la Figura 1.33.

Figura 1.33 Mecanismo de engranajes [Ueda, 2005]

El módulo de dedo tiene 3 articulaciones, la articulación de MP (Articulación metacarpo

falángica) tiene 2 DOF para la aducción-abducción y el movimiento de flexión-extensión.

La articulación PIP (Articulación proximal interfalangial) tiene 1 DOF flexión-extensión

de movimiento. El movimiento de flexión-extensión de la articulación IFD (Articulación

distal interfalángica) está acoplado con el movimiento PIP mediante un enlace. Esto se

basa en el conocimiento de la fisiología que el PIP y DIP sincronización conjunta de

humano. Como resultado, un dedo tiene 3 DOF independiente como se muestra en la

Figura 1.34. [Ueda, 2005]

Figura 1.34 Módulo de NAIST Hand [Ueda, 2005]

32

i. Galileo Bionic Hand

Cada dedo está formado por tres falanges, para abrir y cerrar la mano se hace uso de dos

mecanismos diferentes. El primero para cerrar los dedos utiliza un cordón que pasa por

dentro de las falanges por la parte delantera de la palma y es unido al servomotor

encargado de su movimiento. El cual cuando gira jala el cordón logrando cerrar el dedo.

Y el segundo, para abrir los dedos, se hace uso de elásticos ubicados en cada articulación

de los dedos por la parte posterior de la palma. Se muestra en la Figura 1.35 Cuando el

servomotor gira en el sentido contrario para cerrar los dedos, el cordón se libera y el

elástico hace que el dedo se abra.

Figura 1.35 Diseño mecánico de los dedos Galileo Bionic Hand23

El diseño del dedo pulgar se encuentra alineado a la palma como se muestra en la Figura

1.36. Logrando tres tipos de agarre: pinza digital, pinza tridigital y agarre de gancho.

Figura 1.36 Galileo Bionic Hand24

23Fuente:https://www.researchgate.net/publication/281455863_Galileo_Hand_Diseno_de_una_protesis_bionica_subactuada_de_ba

jo_costo_utilizando_impresion_3D. Web: 26-10-2016 24Fuente:https://www.researchgate.net/publication/281455863_Galileo_Hand_Diseno_de_una_protesis_bionica_subactuada_de_ba

jo_costo_utilizando_impresion_3D. Web: 26-10-2016

http://www.researchgate.net/publication/281455863_Galileo_Hand_Diseno_de_una_protesis_bionica_subactuada_de_ba




33

j. DLR/HIT II Hand

El diseño mecánico se caracteriza por ser modular en cada dedo, el cual es conformado

por dos componentes independientes: el cuerpo y la base, como se muestra en la Figura

1.37. Tanto para el cuerpo como la base, se utiliza un motor de tamaño compacto

acoplado a una reducción armónica mediante una faja de sincronización.

Figura 1.37 Prótesis DLR [Butterfab,2001]

Cada dedo posee 3 GDL, 4 articulaciones y 3 actuadores. En la base del dedo se tiene

una transmisión diferencial que emplea dos motores, contrapuestos. El movimiento de

flexión-extensión es generado por la rotación sincronizada de ambos motores, mientras

que la abducción-aducción es obtenida al girar los motores en sentido contrario, como se


Figura 1.38 Flexión extensión y Abducción aducción [Liu, 2008]

34

El peso total de la mano es de 1.5 kg, lo cual es debido a la naturaleza de dicha mano para

ser acoplada a un brazo robótico y al acoplamiento de acero entre los componentes del

dedo, que brinda mayor rigidez al mecanismo. No obstante, cada dedo llega a alcanzar

una fuerza de 10 N en el extremo distal. El dedo posee sensores en la parte distal un sensor

de torque y de posición. Su movimiento lo realiza mediante motores flat y reductores

Harmonic Driver. Como se muestra en la Figura 1.39.

Figura 1.39 Sistema interno del dedo DLR Hand [Liu, 2008]

35

CAPÍTULO 2

DISEÑO CONCEPTUAL

En este capítulo se presentan los requerimientos y especificaciones tomadas en cuenta

para realizar el diseño conceptual, tomando en cuenta los fundamentos técnicos,

funcionales, ergonómicos y económicos. Generando así alternativas de diseño las cuales

serán evaluadas según norma VDI 2225 para la selección del modelo óptimo.

2.1. Requerimientos y especificaciones

Los requerimientos fueron planteados en base a la información obtenida del estado del

arte y de las exigencias del proyecto titulado “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados

de libertad con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos”, con el fin de

concretar el diseño mecánico.

Función principal:

Prensar objetos de forma cilíndrica, permitiendo realizar movimientos de flexión,

extensión, abducción y aducción.

Ubicación:

Debido a que el usuario tiene amputación transradial en su mano derecha como se muestra

en la Figura 2.1, el diseño del mecanismo se ubicará en la palma de la mano y

posteriormente la palma será acoplada con un diseño de muñeca con el fin de obtener una

prótesis transradial.

36

Figura 2.1 Amputación transradial

Geométrico:

La longitud de los dedos de la prótesis se asemejará a las medidas de la Tabla 2.1. Las

medidas tomadas de la mano sana del usuario del proyecto se han redondeado para

facilitar el diseño, se muestra en la Figura 2.2. El espacio de la palma será 85 mm x 80

mm para la ubicación del mecanismo y motores.

Figura 2.2 Mano derecha

Tabla 2.1 Medidas de mano derecha del usuario

DEDO

(a)

PULGAR [mm]

(b)

INDICE [mm]

(c)

MEDIO [mm]

(d)

ANULAR [mm]

(e)

MEÑIQUE [mm]

Espesor 18 18 18 18 18 Falange Distal 27 27 27 27 27 Falange Medio … 20 25 20 16 Falange Proximal 30 30 36 30 25 Longitud Total 57 77 88 77 68

37

Cinemática:

La velocidad de apertura y cierre del mecanismo de dedos debe ser aproximadamente

180º/s o 30 RPM, y movimiento del mecanismo de la prótesis deberá simular lo más

cercano posible al movimiento natural de una mano, por lo tanto los ángulos de las

falanges en el movimiento de flexión-extensión deberán aproximarse a 90º, 110º y 60º

siendo los ángulos de las falanges proximal, media y distal respectivamente; como se

muestra en la Figura 2.3 y en el movimiento de aducción-abducción de 20º de cada dedo

con respecto al eje del dedo medio, como se muestra en la Figura 2.4.

Figura 2.3 Ángulos para la flexión

Figura 2.4 Ángulos para la abducción

Fuerza:

El peso de la mano deberá estar entre los 400-500 gramos para no ocasionar desbalance

y malestar físico al usuario. El peso se pudo evaluar mediante parámetros de porcentaje

de masa, en muestras masculinas es 0.61% y muestras femeninas es 0.56%. [Soto, 1996]

o ANEXO A. Según INEI peso promedio en hombres es de 78 Kg, entonces el peso de la

mano sería 476Kg y en cambio el peso promedio en mujeres es 58 Kg, el peso de la mano

sería 354Kg. Este valor de 400-500 gramos es requerimiento del proyecto “Prótesis

38

mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con algoritmo de control de fuerza

independiente en los dedos”

Se tomará el valor referencial de los torques actuantes en la articulación

metacarpofalángica (MCF) de estudios realizados [Kargov,2004] donde menciona que el

torque en los dedos de una mano humana es de 0,1 Nm y de 0,15 Nm en una prótesis

adaptativa.

Energía:

El requerimiento del proyecto “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con

algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos” para dar energía a la prótesis

se energizará a los motores y sensores por medio de una batería Lipo de marca PULSE

con características de Voltaje: 7.4V, Recuento de células: 2S, 3600mAh, Tasa de

descarga: 15C, Tasa de carga: 1C Dimensiones: 98 ± 2 mm x 45 ± 2 mm x 16 ± 2 mm,

Peso: 152 gramos. Esta batería se ubicará en el antebrazo del usuario

Figura 2.5 Batería Lipo

Material:

Los materiales que se utilicen deberán soportar las cargas que el mecanismo genere, estos

deberán ser ligeros y resistentes, los mismos que ayudará a proteger el recubrimiento de

ciertas partes del mecanismo. Los materiales deberán poseer propiedades y textura que

permitan la mejor sujeción del objeto cilíndrico.

Seguridad:

El mecanismo debe garantizar la seguridad del usuario en todo momento. Los motores

deberán estar protegidos del polvo o agua para evitar posibles accidentes.

39

Ergonomía:

La comodidad del usuario debe garantizar 8 horas de uso de la prótesis. El mecanismo

debe satisfacer la forma, tamaño y peso de una mano común de una persona.

Fabricación:

La fabricación de las piezas que conforman el mecanismo de dedos por requerimiento del

proyecto se creará mediante impresión 3D utilizando filamento acrilonitrilo butadieno

estireno o llamado también ABS. El diseño debe garantizar una fácil adquisición de

elementos mecánicos a proveedores locales.

Control:

Según requerimiento del proyecto “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad

con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos”. En el diseño de los dedos

deberá tener el espacio para ubicar los sensores de posición (Sensores Hall) en las

articulaciones y los sensores de presión en las yemas de los dedos garantizando el

adecuado funcionamiento de los mismos. Así mismo la palma tendrá un espacio requerido

para la ubicación de la tarjeta de control para el movimiento de los dedos.

Uso:

El diseño debe ser simple para que sea manejable por el usuario.

De los requerimientos y especificaciones anteriormente detallados se realiza una lista de

exigencias/ deseos, ver ANEXO B.

Mantenimiento:

El mecanismo debe tener la menor cantidad de piezas posibles para su mantenimiento.

2.2. Elaboración del concepto de solución

En la elaboración del concepto de solución se tiene dos partes: La estructura de funciones

y el concepto de solución.

En la estructura de funciones se encuentran todas las funciones parciales que la prótesis

a diseñar debe cumplir para que cumpla su función principal, y cada una de sus funciones

se presentan de manera ordenada para apreciar la contribución al cumplimiento de la

40

función principal, de tal manera que ofrezcan una variedad de soluciones. Y el concepto

de solución se encuentra la personalización de las funciones con sus portadores.

2.2.1 Estructura de Funciones

La estructura de funciones en este diseño es sujetar/liberar objetos con el fin de transportar

a diferentes posiciones. Se empieza estructura de función total, Figura 2.6, donde sólo se

tiene en cuenta 3 magnitudes básicas de entrada y 3 de salida. Energía. Señal muscular,

Objeto, Calor, ruido, vibraciones.

Figura 2.1. Estructura de función total

ENERGÍA: Energía de la batería, energía mecánica

SEÑAL MUSCULAR: Datos e información de la señal eléctrica de los músculos.

OBJETO: Piezas de todo tipo a sujetar.

CALOR: debido a la transformación de energía

RUIDO: debido a la transformación de energía

VIBRACIONES: debido a la transformación de energía

La Función total se subdividió en funciones parciales como se muestra en la Figura 2.7.

Figura 2.2. Estructura de funciones parcial

41

2.2.2. Concepto de solución

Las funciones con sus portadores, es decir los bloques que representan y ejecutan la

función deseada. Las siguientes propuestas conceptuales se parten de la matriz

morfológica de Zwicky, que se muestra en la Tabla 2.2. Realizando diferentes

combinaciones en la matriz se determinó cuatro conceptos de solución.

Tabla 2.1 Matriz morfológica

Funciones

parciales Portadores de funciones

Nº A B C Tres Falanges Dos Falanges

1

ACERCAR (con diseño de las

falanges)

Bandas y poleas Cuerda Mecanismo 4 barras AGARRAR

(mediante el mecanismo de

flexión-extensión y abducción-

aducción)

2

Engranajes cónicos contrapuestos

Polea cuerda Tornillo sin fin- corona SOSTENER



aducción)

3

Engranajes cónicos contrapuestos

Tornillo sin fin- corona

Polea cuerda SOLTAR



aducción)

4

Solución 1

S1 Solución 2

S2

Solución 3

S3

Solución 4

S4

42

Concepto de solución 1

Tiene la secuencia (1B-2A-3A-4A). El movimiento de flexión-extensión y el movimiento

de abducción-aducción se realiza mediante el giro de engranajes cónicos contrapuestos,

realizando un solo movimiento a la vez mediante el giro de los motores. Si los dos

motores giran en una sola dirección; el movimiento será de flexión o de extensión,

dependerá si el giro es a la derecha o si el giro es a la izquierda. En cambio, si los dos

motores giran en diferente dirección, entonces se obtendrá el movimiento de abducción

o de aducción. Estos motores se encuentran acoplados a los reductores mediante un

sistema de transmisión banda-polea y también el reductor a los engranajes cónicos, como

se muestra en la Figura 2.8

En la parte interna del dedo se ubicarán un motor y un reductor transmitiendo el

movimiento de flexión y extensión entre dos falanges, el movimiento se transmitirá

mediante banda- polea.

En esta solución se puede determinar que este diseño conlleva a aumentar los costos, por

ubicar 15 motores y reductores en la mano, además incrementa el tamaño y el peso del

dedo

Figura 2.1 Concepto de solución 1

43


Tiene la secuencia (1A-2B-3C-4B). El movimiento de flexión- extensión de los dedos se

realiza mediante cuerdas, simulando el funcionamiento de los tendones de la mano, esta

cuerda es movida mediante un micro motorreductor que acciona el giro del tornillo sin

fin el cual transmite el movimiento de la corona que hace girar a una polea que se

encuentra acoplada en el mismo eje. La unión de las falanges proximal, media y distal es

mediante pasadores y el movimiento de las tres falanges será diseñadas según los

requerimientos de los ángulos de giro mencionados en la cinemática del diseño, como se


El movimiento de abducción y aducción se realiza con un mini motor-reductor, que

mueve a un tornillo sin fin, transmitiendo el movimiento al elemento dentado de su lado

derecho, el ángulo de giro en este movimiento será diseñado según los requerimientos de

la cinemática del diseño, tomando en cuenta que el desplazamiento del mismo es muy

pequeño.

En esta solución se puede determinar que este diseño conlleva a aumentar los costos, por

ubicar 10 micro motorreductores en la mano, además incrementa el tamaño del encaje del

dedo en la palma y la ventaja del sistema de transmisión con cuerdas radica en la

reducción del tamaño y peso del dedo.

Figura 2.2 Concepto de solución 2

44


Tiene la secuencia (1A-2C-3C-4C). El movimiento de flexión-extensión se realiza

mediante tres falanges, el micro motorreductor que se encuentra fijo en la parte interna

de la falange proximal, transmitiendo el movimiento a un tornillo sin fin que se mueve

sobre el la corona que se encuentra acoplado a un pasador que une la falange proximal y

la falange media, sobre la corona se encuentra acoplado un eslabón que une a la falange

media y de la falange media se encuentra otro eslabón que va unido a la falange distal,

generando así un movimiento relativo con respecto al anterior eslabón.

El movimiento de abducción y aducción se obtiene mediante un micro motorreductor que

mueve a un tornillo sin fin, que transmite el movimiento a una corona que hace girar al

elemento dentado en la parte derecha, el ángulo de giro en este movimiento será diseñado

según los requerimientos de la cinemática del diseño, como se muestra en la Figura 2.10

En esta solución se puede determinar que este diseño conlleva a limitar la

maniobrabilidad de las 3 articulaciones en el movimiento de flexión-extensión por el

mecanismo de barras. También aumenta los costos por ubicar 10 micro motorreductores

en la mano. Como ventaja de este diseño es el ahorro de espacio en la palma de la mano

al ubicar uno de sus motores en el interior del dedo, pero al mismo tiempo el dedo sería

más robusto y pesado.

Figura 2.3. Concepto de solución 3

45


Tiene la secuencia (1B-2B-3C-4C). El mecanismo de transmisión del movimiento de

flexión y extensión, Figura 2.11 (a) se realizará mediante cuerda que simula el

funcionamiento de los tendones de la mano, esta cuerda es movida mediante una polea

que se encuentra acoplado a un micro motorreductor que genera el movimiento.

Debido a que los dedos se integran en una mano, se propone que el movimiento de

abducción y aducción, Figura 2.11 (b), se realice por medio de un micro motorreductor y

una polea. Esta polea moverá a tres dedos (índice, anular y meñique) mediante dos

cuerdas en cada dedo. Sin embargo, el dedo medio no se moverá, pero será el eje de

referencia para el ángulo de giro del movimiento de abducción, 20º hacia los dedos índice

y anular, 40º con respecto al dedo meñique. Con este diseño tenemos cuatro pares de

movimientos a la vez, extensión-abducción, flexión-abducción, extensión-aducción,

flexión-aducción.

En esta solución se puede determinar que este diseño conlleva a tener mayor

maniobrabilidad de las 2 articulaciones al realizar el movimiento de flexión-extensión

mediante cuerdas. Disminuye los costos en comparación a las anteriores soluciones, por

el número de micro motorreductores, su ventaja es el ahorro de espacio en la palma de la

mano al ubicar solo 6 motores, pero al mismo tiempo el dedo es antropomorfo y liviano

mejorando a su vez la estabilidad de agarre de los dedos teniendo dos falanges.

(a) (b)

Figura 2.4. Concepto de solución 4 (a) movimiento de flexión-extensión (b) movimiento de

abducción- aducción

46

2.3. Concepto de solución preliminar

A los conceptos de solución mostrados anteriormente se le aplicarán los criterios de

evaluación técnicos y económicos según la metodología de diseño VDI 2225, se muestra

en la Tabla 2.3

Tabla 2.2 Evaluación de criterios técnicos y económicos del concepto de solución

Nº Criterios técnicos y económicos S1 S2 S3 S4 1 Función 3 2 2 3 2 Buen uso de la energía 2 2 2 3 3 Seguridad 2 2 2 3 4 Estabilidad 3 2 2 3 5 Antropomorfo 2 2 1 3 6 Fabricación 2 2 2 3 7 Montaje 2 1 1 3 8 Confiabilidad 3 2 2 3 9 Facilidad de manejo 3 2 2 3 10 Mantenimiento 1 1 2 2 11 Número de piezas 1 1 2 3 12 Fácil adquisición de los materiales de fabricación 1 2 2 3 13 Costos de la tecnología 1 1 1 3 14 Pocos desperdicios 2 2 2 3 15 Facilidad de montaje 2 2 2 3 16 Fácil mantenimiento 1 1 1 2 17 Plazos de entrega 1 1 1 2

SUMA TOTAL 32 28 29 48

Donde:

0: No aceptable

1: Poco satisfactorio

2: Suficiente

3: Satisfactorio

4: Muy satisfactorio

Se toma como concepto de solución 4 que es la que obtuvo el mayor puntaje.

2.4. Proyecto preliminar

En esta parte se aplica nuevamente para cada una de las funciones una matriz de

soluciones para hallar soluciones más detalladas y de esta manera poder obtener los

elementos mecánicos principales para el diseño. A continuación, se muestra las

soluciones preliminares obtenidas del proceso anterior.

47

SOLUCIÓN PRELIMINAR 1

El mecanismo de flexión extensión, Figura 2.12 (a) lo realizan por medio de barras, poleas

y cuerdas, las barras ayudan a la trayectoria del dedo y dos cuerdas mediante un micro

motor realizan el giro del dedo para facilitar la comprensión, solo se ha dibujado las

cuerdas, polea y micro motorreductor en el dedo índice. En este caso será el mismo

mecanismo en cada dedo y también en este diseño se contempla que los dedos sean con

dos falanges.

Los dedos se integran en una mano, el movimiento de abducción y aducción se realizará

por medio de tres micro motorreductor y tres poleas, Figura 2.12 (b) cada polea moverá

independientemente a los tres dedos (índice, anular y meñique) mediante dos cuerdas en

cada dedo.

La cantidad de micro motores a utilizar son 5 motores para el movimiento de flexión-

extensión y 3 motores para abducción aducción.

(a) (b)

Figura 2.5. Solución Preliminar 1

48


El movimiento de flexión y extensión, Figura 2.13 (a) se realizará mediante dos cuerdas

que simula el funcionamiento de los tendones de la mano, para facilitar la comprensión

solo se ha dibujado las cuerdas, polea y micro motorreductor en el dedo índice, pero en

este caso será el mismo mecanismo en cada dedo.

Cada cuerda se mueve mediante una polea que se encuentra acoplada a un micro

motorreductor que genera el movimiento. En este diseño se contempla que los dedos sean

con dos falanges.

El movimiento de abducción y aducción, Figura 2.13 (b) se realiza por medio de tres

micro motorreductor y tres poleas, cada polea moverá a tres dedos (índice, anular y

meñique) mediante dos cuerdas en cada dedo. Sin embargo, el dedo medio y el dedo

pulgar no se moverán.

Los micro motorreductores para el movimiento de flexión extensión son 5 y para el

movimiento de abducción aducción son 3.

(a) (b)

Figura 2.6. Solución Preliminar 2

49


El movimiento de flexión y extensión, Figura 2.14 se realizará mediante cuatro cuerdas

que simula el funcionamiento de los tendones de la mano, para facilitar la comprensión

solo se ha dibujado las cuerdas, polea y micro motorreductor en el dedo pulgar y dedo

meñique, en este caso será el mismo mecanismo en cada dedo.

Cada cuerda se mueve mediante una polea que se encuentra acoplado a un micro

motorreductor que genera el movimiento. En cada polea se tendrá un lado sin tensión con

dos cuerdas y un lado tenso con dos cuerdas. En este diseño se contempla que los dedos

sean con dos falanges y que todos los dedos tengan esa distribución de cuerdas y poleas,

según Figura 2.14.

El movimiento de abducción y aducción, Figura 2.15 se realiza por medio de un micro

motorreductor y una polea, esta polea moverá a tres dedos (índice, anular y meñique)

mediante dos cuerdas en cada dedo. Sin embargo, el dedo medio y el dedo pulgar no se

moverán.

Los micro motorreductores para el movimiento de flexión extensión son 5 y para el

movimiento de abducción aducción 1.

Figura 2.7. Solución Preliminar 3 - Movimiento Flexión extensión

50

Figura 2.8. Solución Preliminar 3- Movimiento Abducción aducción

Las alternativas se analizan en una tabla donde se representan los valores relativos

alcanzados por cada una con respecto a la solución ideal. Sólo se tendrán en cuenta las

alternativas que hayan alcanzado valores mayores a 0.6. Las alternativas se pueden

calificar según la Tabla 2.4

Tabla 2.3 Balance técnico- económico

Valor Técnico

Xi

Valor Económico

Yi

Calificación

0,8 0,8 muy buena solución

0,7 0,7 buena solución

0,6 o menos 0,6 o menos solución deficiente

En la Tabla 2.5 se encuentra el valor técnico Xi. Los valores técnicos se determinan con

la ecuación (2.1)

𝑥𝑥 = 𝑛𝑛(𝑔𝑔1𝑝𝑝1 + 𝑔𝑔2𝑝𝑝2 + 𝑔𝑔3𝑝𝑝3 + 𝑔𝑔4𝑝𝑝4)

≤ 1

𝑖𝑖 (𝑔𝑔1 + 𝑔𝑔2 + 𝑔𝑔3 + 𝑔𝑔4)𝑃𝑃𝑚𝑚á𝑥𝑥

(2.1)

51

Tabla 2.4 Valor técnico X

Variantes de concepto Solución 1 Solución 2 Solución 3 Solución ideal

Nº Criterios de

evaluación g p gp p gp p gp p gp

1 Función 9 3 27 3 27 3 27 4 36

2 Forma 7 3 21 3 21 2 14 4 28

3 Diseño 8 2 16 2 16 3 24 4 32

4 Seguridad 8 3 24 3 24 3 24 4 32

5 Antropomorfo 9 2 18 2 18 3 27 4 36

6 Fabricación 8 2 16 3 24 3 24 4 32

7 Montaje 6 2 12 2 12 3 18 4 24

8 Confiabilidad 5 3 15 3 15 3 15 4 20

9 Facilidad de manejo 6 2 12 3 18 3 18 4 24

10 Mantenimiento 8 2 16 2 16 2 16 4 32

Puntaje máximo 74 24 177 26 191 28 207 40 296

Valor técnico Xi 0,60 0,65 0,70 1 p: puntaje de 0 a 4 (escala de valores según VDI 2225) 0= no satisface, 1= aceptable a las justas, 2= suficiente, 3= bien, 4= muy bien (ideal) g: es el peso ponderado y se da en función de la importancia de los criterios de evaluación.

En la Tabla 2.6 se encuentra el valor económico Yi. Los valores económicos se

determinan con la ecuación (2.2). En la Tabla 2.7 se encuentran las coordenadas de los

valores técnicos y valores económicos de las cuatro soluciones y se puede ver en la Figura

2.16.

𝑦𝑦 = 𝑛𝑛(𝑔𝑔1𝑝𝑝1 + 𝑔𝑔2𝑝𝑝2 + 𝑔𝑔3𝑝𝑝3 + 𝑔𝑔4𝑝𝑝4)

≤ 1

𝑖𝑖 (𝑔𝑔1 + 𝑔𝑔2 + 𝑔𝑔3 + 𝑔𝑔4)𝑃𝑃𝑚𝑚á𝑥𝑥

(2.2)

Tabla 2.5 Valor Económico Y

Variantes de concepto Solución 1 Solución 2 Solución 3 Solución

ideal

Nº Criterios de evaluación g p gp p gp p gp p gp

1 Número de piezas 9 2 18 2 18 3 27 4 36

2 Fácil adquisición de los materiales de fabricación 8 2 16 2 16 3 24 4 32

3 Costos de la tecnología 9 2 18 3 27 3 27 4 36 4 Pocos desperdicios 8 2 16 3 24 3 24 4 32 5 Facilidad de montaje 7 2 14 2 14 3 21 4 28 6 Fácil mantenimiento 8 2 16 2 16 2 16 4 32 7 Plazos de entrega 8 1 8 2 16 3 24 4 32

Puntaje máximo 57 13 106 16 131 20 163 28 228

Valor económico Yi 0,46 0,57 0,71 1 p: puntaje de 0 a 4 (escala de valores según VDI 2225) 0= no satisface, 1= aceptable a las justas, 2= suficiente, 3= bien, 4= muy bien (ideal) g: es el peso ponderado y se da en función de la importancia de los criterios de evaluación.

52

A continuación, se muestra un cuadro comparativo en coordenadas cartesianas de los

conceptos de solución, para la selección del diseño óptimo según se muestra en la Tabla

2.7 que presenta un resumen de los valores Xi e Yi para cada solución.

Tabla 2.6 Valor técnico -valor económico

Soluciones Valor técnico

Xi

Valor económico

Yi S1 0,60 0,46 S2 0,65 0,57 S3 0,70 0,71

Figura 2.9. Diagrama de Evaluación según 2225

De acuerdo al procedimiento y consideraciones seguidas, el concepto de solución S3

califica como buena solución de acuerdo al balance técnico-económico de la Tabla 2.7 y

será tratado en los siguientes capítulos.

53

CAPÍTULO 3

CÁLCULOS Y SELECCIÓN DE COMPONENTES

En este capítulo se inicia con el análisis estático de las falanges en el agarre más crítico

de un objeto, determinando la tensión de la cuerda en el movimiento de flexión, extensión,

abducción, aducción, se continúa con el análisis de longitud de la cuerda incluyendo el

diseño de la polea de flexión y abducción, luego se selecciona los motores, y se diseña

los pasadores y selecciona los rodamientos de motores, finalmente se realiza análisis

dinámico de los dedos y resistencia de los elementos mecánicos mediante el Software

Autodesk Inventor 2017.

3.1. Análisis estático

El usuario puede agarrar un objeto en distinta dirección; horizontal, vertical por lo que es

necesario conocer la situación más crítica la cual requiere el mayor esfuerzo del usuario,

a partir de ahí se empieza con los cálculos de fuerza requerida en cada uno de los dedos

y el torque requerido en el motor para generar el movimiento de las dos falanges

Caso 1:

Si el usuario sostiene el objeto en forma horizontal como se muestra en la Figura 3.1, el

peso del objeto de 500 gramos en el caso (a) se distribuye sobre los dedos y la palma, en

el caso (b) se distribuye en los 4 dedos que hacen la presa sobre el objeto cilíndrico y

parte de la palma y en el caso (c) se distribuye el peso del objeto en los 5 dedos tomando

el valor de 0.98 N por dedo. Este caso no se considera crítico.

54

Caso 2:

Si el usuario sostiene el objeto cilíndrico en forma vertical, como se muestra en la Figura

3.2, el peso del objeto de 500 gramos se distribuye por dedo 0,98N. La fuerza de

rozamiento estática que genera el dedo con respecto al objeto debe ser superior al peso

del objeto para que no deslice, este caso no se considera crítico debido a que en el

proyecto se ha determinado ubicar como guante externo de silicona para que ayude a que

el objeto no deslice en cualquier posición.

Figura 3.2 Sujeción del objeto cilíndrico en forma vertical

Caso 3:

Si el usuario sostiene un objeto esferoidal, el peso total del objeto se distribuye a los 5

dedos y parte de la palma. Siendo la fuerza que requiere cada dedo inferior a 0.98N. El

caso (a) de la Figura 3.3 no se considera crítico, debido a que parte del peso del objeto

cae sobre la palma y los dedos ayudan al agarre. En cambio, en el caso (b) los 5 dedos

realizan todo el trabajo de agarrar el objeto, donde la fuerza en cada dedo para soportar

los 500gramos es de 0,98N en cada uno de los dedos.

(a) (b) (c)

Figura 3.1 Agarre (a) con objeto rectangular (b) con objeto cilíndrico de diámetro menor (c) con objeto cilíndrico de mayor diámetro

55

(a) (b)

Figura 3.3 Agarre esferoidal (a)hacia arriba (b) hacia abajo

Caso 4:

Si el usuario sostiene un objeto de cualquier dimensión con el dedo índice y dedo pulgar

como se muestra en la Figura 3.4, el peso total del objeto se distribuye a 2 dedos, siendo

el peso del objeto 500 gramos y siendo el peso por dedo de 2,45N. El agarrar cualquier

objeto con dos dedos se considera crítico; por lo cual se analizará las dos posiciones tanto

en el agarre horizontal y agarre vertical.

(a) (b) (c)

Figura 3.4 Agarre (a) con objeto cilíndrico de diámetro menor (b)con objeto cilíndrico en forma horizontal (c) con objeto cilíndrico en forma vertical

Estructura del dedo:

Se define la estructura de la prótesis de mano según Figura 3.5, en la palma se

ensamblarán los motores, poleas y cuerdas para el movimiento de flexión- extensión de

los dedos. En este diseño cada dedo va a tener dos falanges, cada falange tendrá dos

cuerdas una para el movimiento de flexión y una cuerda para el movimiento de extensión.

Teniendo en cada dedo dos cuerdas por el lado del movimiento de flexión y dos cuerdas

por el lado del movimiento de extensión. La polea tendrá dos lados tensos y dos lados

flojos para realizar los distintos movimientos.

56

Figura 3.5. Estructura de la prótesis de mano

Los dedos están constituidos por dos falanges como se muestra en la Figura 3.6, siendo

limitados sus movimientos con ángulos establecidos como se muestra en la Figura 3.7.

Figura 3.6. Estructura del dedo

Figura 3.7 Ángulos entre falanges

57

Debido a que todos los elementos que intervienen en el diseño del mecanismo serán

fabricados de acrilonitrilo butadieno estireno o ABS, un plástico muy resistente al

impacto donde su rasgo más importante es su gran tenacidad incluso a baja temperatura

(mantiene su característica tenaz a -40 °C). Además, es duro y rígido, tiene una resistencia

química aceptable, baja absorción de agua y por lo tanto buena estabilidad dimensional,

alta resistencia a la abrasión. Los elementos serán fabricados mediante una impresora 3D

donde por medio de la extrusión de delgadas capas del material se moldea un sólido en

tres dimensiones.

Entonces para los cálculos posteriores se tomará el valor de densidad del filamento ABS

que se encuentra en el Anexo C, se inicia los cálculos determinando el peso de cada una

de las falanges para ello se tomará las medidas del usuario del proyecto mencionadas en

la Tabla 2.1 en el anterior capitulo, como el diseño del dedo está constituido por dos

falanges se unirán las falanges distal y falange medio en una sola llamada falange 2. Y la

falange proximal quedaría como la falange 1 en el diseño. Se utilizará la ecuación 3.1

para el cálculo del peso de las falanges.

(a) (b)

Figura 3.8 (a) Falange 1, (b) Falange 2

𝑊𝑊 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑔𝑔 (3.1)

Donde:

W: Peso de las falanges [N]

ρ : Densidad del ABS [g/cm3]

V: Volumen [cm3]

g: Gravedad [m/s2]

https://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

58

El volumen de cada falange se calcula con los valores de ancho 1,6cm y profundidad

1,8cm, las longitudes de cada falange. El volumen de la palma se calcula en 8,5cm de

largo, 8cm de ancho y 4cm de profundidad, en este valor incluye el peso de los motores

que posteriormente se seleccionarán.

De las medidas de la Tabla 2.1 mostrada en el capítulo 2. Se determina el peso de la

falange 2 (W2) constituye la unión de la falange distal y la falange media, y la falange1

(W1) constituye la falange proximal. A continuación, se muestra la Tabla 3.1, donde se

detalla el peso total de cada uno de los dedos.

Tabla 3.1 Pesos de las Falanges

DEDO

Longitud

L2 [cm]

Longitud

L1 [cm]

Peso de la

falange2

W2 [N]

Peso de la

falange1

W1 [N]

Peso total

del dedo

(Wt) [N] Índice 4,7 3 0,15 0,09 0,24 Medio 5,2 3,6 0,16 0,11 0,27 Anular 4,7 3 0,15 0,09 0,24 Meñique 4,3 2,5 0,13 0,07 0,21 Pulgar 2,7 3 0,08 0,09 0,18

El peso de los 5 dedos es 1,14N y la palma es 2,93N. Por lo tanto, el peso de la mano

resulta la suma de los dos valores anteriores 4,07N. Este valor se encuentra en el rango

promedio del peso de una mano humana

3.1.1. Agarre de un objeto cilíndrico en dirección Horizontal

Se analizará dos posiciones de mano en agarre de un objeto cilíndrico en posición

horizontal. Prótesis de mano y objeto cilíndrico en posición horizontal y Prótesis de mano

en posición vertical y objeto cilíndrico en posición horizontal

a) Prótesis de mano y objeto cilíndrico en posición horizontal

El agarre crítico es cuando el peso del objeto de 500gramos es sujetado por dos dedos, el

índice y el pulgar como se muestra en la Figura 3.9. Se distribuye una carga en cada dedo

por lo que es necesario ubicar al pulgar sobre la palma de la mano para realizar este

análisis debido a que el pulgar es la parte más importante de la mano ya que sin éste la

capacidad de la mano se reduce hasta en un 40%.

59

Figura 3.9 Agarre de un objeto cilíndrico en horizontal

En el diagrama del cuerpo libre que se muestra en la Figura 3.11, se considera que la

mano se encuentra en forma horizontal sujetando el objeto considerando para el análisis

la fuerza normal en el dedo índice N1, fuerza normal en el dedo pulgar N2 y el peso del

objeto Wo. El peso de la mano Wm, reacción en dirección del eje x Rx y la reacción en

en dirección vertical Ry y el momento M.

Se comienza analizando la acción de las fuerzas normales de los dedos índice y pulgar

hacia el objeto, N1, N2. Figura 3.10, y luego se procederá a calcular las Reacciones Rx,

Ry, y el momento, tomando en cuenta las fuerzas normales del objeto hacia los dedos

índice y pulgar.

Figura 3.10 Diagrama del cuerpo libre del objeto cilíndrico en agarre horizontal

60

Figura 3.11 Diagrama del cuerpo libre de la prótesis de mano en posición horizontal

De la Figura 3,10, se realiza sumatoria de fuerzas en eje x se obtiene la ecuación 3.2 y

sumatorias en el eje y, la ecuación 3.3. En desarrollo de las siguientes ecuaciones se

encuentra en el ANEXO D.

(Cos65 + Cos 25) N1 = N2

(Cos35 + Cos10) = 0,74N2

(3.2)

[Wo + N2(Sen 65 + Sen 25)] N1 =

(Sen 35 + Sen 10) = 1,34Wo + 1,78N2

(3.3)

Se iguala la ecuación 3.4 en la 3.3 y se obtiene la ecuación 3.5 y 3.6.

N2 = −1,29Wo (3.4)

N1 = −0,95Wo (3.5)

61

Donde:

Wo: Peso del objeto cilíndrico [N]

N1: Fuerza normal en el dedo índice [N]

N2: Fuerza normal en el dedo pulgar [N]

Reemplazando el valor del peso del objeto cilíndrico 4,9N se obtiene las fuerzas normales

N1 =-4,66N y N2 = -6,32 N.

De la Figura 3.11 se realiza sumatoria de fuerzas en el eje x, eje y y sumatoria de

momentos, este desarrollo se encuentra en el anexo D, la reacción en el eje y es Ry=

4,05N, en el eje x es Rx=0 y el Momento que genera el peso total de la mano y el peso

del objeto es igual a 238,19Nmm.

b) Prótesis de mano posición vertical y objeto cilíndrico en posición horizontal

A continuación, se realizará en análisis considerando que la mano se encuentra en

posición vertical sujetando el objeto de peso de 500 gramos o 4,9N.

Figura 3.12 Agarre con un objeto cilíndrico vista frontal y lateral

62

Figura 3.13 Diagrama del cuerpo libre del objeto cilíndrico agarre vertical

Figura 3.14 Diagrama del cuerpo libre de la prótesis de mano en posición vertical

63

De la Figura 3.13, se realiza sumatoria de fuerzas en eje x se obtiene la ecuación 3.6 y

sumatorias en el eje y, la ecuación 3.7. En desarrollo de las siguientes ecuaciones se

encuentra en el ANEXO D.

[𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)] 𝑁𝑁1 =

(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10) = 1,78𝑁𝑁2

(3.6)

𝑁𝑁2(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25) − 𝑊𝑊𝐶𝐶 𝑁𝑁1 =

(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 0,74𝑁𝑁2 − 0,55𝑊𝑊𝐶𝐶

(3.7)

Se iguala la ecuación 3.7 con 3.8 y se obtiene la ecuación 3.9 y 3.10.

N2 = −0,53Wo (3.8)

N1 = −0,94Wo (3.9)

Donde:

Wo: Peso del objeto cilíndrico [N]

N1: Fuerza normal en el dedo índice [N]

N2: Fuerza normal en el dedo pulgar [N]

Reemplazando el valor del peso del objeto cilíndrico 4,9N se obtiene las fuerzas normales

N1 =-4,61N y N2 = -2,60 N.

De la Figura 3.14 se realiza sumatoria de fuerzas en el eje x, eje y sumatoria de momentos,

este desarrollo se encuentra en el anexo D, la reacción en el eje y es 𝑅𝑅𝑦𝑦 = 13,83𝑁𝑁, en el

eje x es 𝑅𝑅𝑥𝑥 = −6,9𝑁𝑁 y el Momento que genera el peso total de la mano y el peso del

objeto es igual a 𝑀𝑀 = −1536,2𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁

3.1.2. Agarre de un objeto cilíndrico en dirección Vertical

En este análisis se considera que la mano sujeta un objeto en forma vertical, como se

muestra en la Figura 3.15, considerando para el análisis la fuerza normal en el dedo índice

N1, fuerza de rozamiento en el dedo índice Fr1, fuerza normal en el dedo pulgar N2,

64

fuerza de rozamiento en el dedo pulgar Fr2 y el peso del objeto Wo y el peso de la mano

Wm, como se muestra en la Figura 3.16.

Figura 3.15 Agarre de un objeto cilíndrico en vertical

Figura 3.16 Diagrama del cuerpo libre vista superior en agarre del objeto en vertical

65

Figura 3.17 Diagrama del cuerpo libre vista frontal del objeto en vertical

De la Figura 3.16, se realiza sumatoria de momentos en O, y se obtiene la ecuación 3.10.

con sumatorias de fuerzas en eje x se obtiene la ecuación 3.11 y sumatorias en el eje y, la

ecuación 3.12. En desarrollo de todas las ecuaciones obtenidas se encuentra en el ANEXO

D.

𝑅𝑅𝑥𝑥1 = −𝑅𝑅𝑥𝑥2 (3.10)

𝑁𝑁2(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶25) + 2𝑅𝑅𝑥𝑥1 𝑁𝑁1 =

(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 0,74𝑁𝑁2 + 1,1𝑅𝑅𝑥𝑥1 (3.11)

𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25) 𝑁𝑁1 =


(3.12)

Se iguala la ecuación 3.11 con 3.12 y se obtiene las fuerzas normales mediante la ecuación

3.13 y la ecuación 3.14

𝑁𝑁2 = 1,06𝑅𝑅𝑥𝑥1 (3.13)

66

𝑁𝑁1 = 2,16𝑅𝑅𝑥𝑥1 (3.14)

De la figura 3.16 se realiza sumatorias de momentos en O y se obtiene el par mediante

las reacciones Rx1, Rx2, con las siguientes ecuaciones 3.15 y 3.16

𝑅𝑅𝑥𝑥1 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) = 0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 =

(−66𝜇𝜇 ) −

𝜇𝜇 𝑒𝑒 𝑒𝑒

(3.15)

𝑅𝑅𝑥𝑥2 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) =0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 =

(66𝜇𝜇 ) 𝜇𝜇 𝑒𝑒 𝑒𝑒

(3.16)

Se reemplaza la ecuación 3.15 y ecuación 3.16 en las ecuaciones desde 3.11 hasta 3.15

𝑊𝑊𝑁𝑁(39) 𝑅𝑅𝑦𝑦1 = − = −0,59𝑊𝑊𝑁𝑁

66 (3.17)

𝑊𝑊𝑁𝑁(39) 𝑅𝑅𝑦𝑦2 = 0,59𝑊

= 𝑁66

𝑊𝑁 (3.18)

0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 0,63𝑊𝑊𝑁𝑁 𝑁𝑁2 =1,06�− �= −

𝜇𝜇𝑒𝑒 𝜇𝜇𝑒𝑒 (3.19)

0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 1,27𝑊𝑊𝑁𝑁 𝑁𝑁1 =2,16�− �= −

𝜇𝜇𝑒𝑒 𝜇𝜇𝑒𝑒 (3.20)

𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −1,27𝑊𝑊𝑁𝑁 (3.21)

𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −0,63𝑊𝑊𝑁𝑁 (3.22)

Donde:

𝑊𝑊m: Peso de la prótesis de mano [N]

𝑁𝑁2: Fuerza normal en el dedo pulgar [N]

𝑁𝑁1: Fuerza normal en el dedo índice [N]

𝜇𝜇𝑒𝑒 : Coeficiente de rozamiento estático [adimensional]

67

Los valores de fuerza normal y fuerza de fricción en el dedo índice y dedo pulgar se

muestran en la Tabla 3.2, y reacciones en el eje x y eje y en la Tabla 3.3. Estos valores se

calcularon mediante el coeficiente de rozamiento estático 𝑢𝑢𝑒𝑒 que se determinó en el

Laboratorio de Física de la PUCP. Los valores de 𝑢𝑢𝑒𝑒 entre el gel de silicona Platino A1500

en los diferentes materiales: madera, acero galvanizado, vidrio, PVC, cartón y PET, se

muestra el cálculo y procedimiento para realizar este experimento en el (Anexo E).

Tabla 3.2 Fuerza normal, fuerza de fricción en dedo índice y pulgar

Coeficiente de

fricción estático

[adimencional]

Fuerza

normal índice (N1)

[N]

Fuerza

normal pulgar (N2)

[N]

Fuerza de

Fricción índice (Fr1)

[N]

Fuerza de

Fricción pulgar (Fr2)

[N]

Madera 2,05 1,25 2,52 5,17 2,56 Vidrio 1 2,56 5,17 5,17 2,56 Acero

Galvanizado 3,48 0,74 1,49 5,17 2,56

PVC 0,8 3,21 6,46 5,17 2,56 Cartón 1,88 1,36 2,75 5,17 2,56 PET 1,88 1,36 2,75 5,17 2,56

Tabla 3.3 Reacción en el eje x y eje y

Coeficiente de

fricción estático

[adimencional]

Reacción

(Rx1)

[N]

Reacción

(Rx2)

[N]

Reacción

(Ry1)

[N]

Reacción

(Ry2)

[N]

Madera 2,05 -1,17 1,17 -2,40 2,40 Vidrio 1 -2,40 2,40 -2,40 2,40 Acero

Galvanizado 3,48 -0,69 0,69 -2,40 2,40

PVC 0,8 -3,00 3,00 -2,40 2,40 Cartón 1,88 -1,28 1,28 -2,40 2,40 PET 1,88 -1,28 1,28 -2,40 2,40

3.2. Movimiento de Flexión

El movimiento de flexión de los dedos se realiza por medio de dos cuerdas en la falange

1 y dos cuerdas en la falange 2. Cada extremo de las cuatro cuerdas se encuentra unido

por un lado a una polea y por el otro a la falange 1 y falange 2. El cable sufrirá la acción

de una fuerza denominada tensión cuya dirección es idéntica a la del cable y su sentido

equivalente al de la fuerza aplicada por el motor mediante una polea lo que provoca que

el cable se tense. Se supone que la masa de las cuerdas ubicadas en cada dedo es

despreciable y son inextensibles es decir que no se pueden deformar, esto implica que el

valor de la tensión es idéntico en todos los puntos de la cuerda.

68

Cuando el dedo comienza a moverse hasta llegar a sujetar el objeto, como se muestra en

la Figura 3.18. La tensión de las cuatro cuerdas comenzara a desplazarse por las falanges

a través de un orificio que existe en el interior de cada una de las falanges, generando el

giro de las mismas.

Figura 3.18 Tensiones de las cuerdas

Los momentos generados por el peso de la falange 1 y falange 2, se muestran en la

Tabla 3.4, se aplicó equilibrio estático de momentos con respecto a los ejes que pasan

por los puntos 1,2 y se obtuvo las ecuaciones 3.23 y 3.24.

𝐿𝐿2 𝐿𝐿1 𝑀𝑀1 = 𝑊𝑊2 � + 𝐿𝐿1�+ 𝑊𝑊1 � �

2 2 (3.23)

𝐿𝐿2 𝑀𝑀2 = 𝑊𝑊2 � �

2 (3.24)

Tabla 3.4 Momentos en la falange 1 y falange2

DEDO M1

[Nmm]

M2

[Nmm]

Índice 0,92 0,34 Medio 1,20 0,42 Anular 0,92 0,34 Meñique 0,72 0,29 Pulgar 0,50 0,11

La tensión que se requiere para que las falanges realicen el movimiento de flexión y

movimiento de extensión antes y después de agarrar el objeto, muestra en la Tabla 3.5. y

se utilizó la ecuación 3.25

69

𝑀𝑀 = 𝑇𝑇𝑥𝑥𝑇𝑇 (3.25)

Donde:

M: Momento en 1 o en 2, [Nmm]

T: tensión de la cuerda, T1, T2, T3 o T4, [N]

d: Distancia de la cuerda al eje de rotación, [mm]

Tabla 3.5 Tensión de las cuerdas en movimiento de flexión

DEDO

Mov. Flexión Mov. Extensión

T1

[N]

T2

[N]

T3

[N]

T4

[N]

Índice 0,14 0,05 0,06 0,17 Medio 0,18 0,06 0,08 0,22 Anular 0,14 0,05 0,06 0,17 Meñique 0,11 0,04 0,05 0,13 Pulgar 0,08 0,02 0,02 0,09

Las tensiones de la Tabla 3.5 son muy pequeñas, esto es porque la tensión calculada es la

que se requiere en las cuerdas para mover las falanges en vacío, mas no la tensión

necesaria para sujetar el objeto. Y debido a los valores de las tensiones de las cuerdas

obtenidas, se conoce que la falange1 que se moverá primero, seguido de la falange 2.

Como se pudo apreciar en la Tabla 3.2 la mayor fuerza Normal que se requiere para poder

sujetar el objeto de 500 gramos es de 6,46 N, a este valor se le sumara la mayor tensión

de la Tabla 3.5 que es 0,22N. Teniendo así un valor de 6,68N valor que necesitaremos

igual o superior para poder sujetar el objeto.

A esta tensión se aumentará una fuerza ejercida por la silicona que va a ser ubicada en

cada uno de los dedos por requerimiento del proyecto, pero el diseño de este

recubrimiento de silicona no estará creado en esta tesis, pero si se tomará en cuenta para

el diseño de los dedos y selección de motores, esta fuerza se opondrá al movimiento pues

su comportamiento será como un resorte debido a su característica elástica lo que

generará mayor tensión en cada uno de las falanges.

La deformación de la silicona platino A1500 es instantánea, lo que significa que la

deformación total ocurre en el mismo instante que se aplica la fuerza, además al dejar de

aplicar la fuerza la deformación se recupera totalmente adquiriendo las dimensiones

originales. Las propiedades mecánicas de la silicona se encuentran en el ANEXO F.

70

Este material es inocuo, por lo tanto, es idóneos para su uso en contacto con alimentos.

Sus propiedades son las siguientes: elongación de 1171%, resistencia a la tracción

9,84MPa, y un módulo elástico de 1,11 MPa al 200%.

La Ley de Hooke menciona que la fuerza viene dada por la ecuación 3.26.

𝐹𝐹 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 (3.26)

Donde:

F: Fuerza aplicada [N]

A: Área transversal [mm2]

E: Módulo de elasticidad

𝐴𝐴: Elongación [adimensional]

La fuerza que genera la silicona dependerá de la sección transversal de la misma, como

también de sus propiedades. La silicona cubre totalmente el dedo y su área transversal es

diferente en cada falange, el cual el área de la sección de la Tabla 3.6 se calculó con las

medidas de la Figura 3.19 tomando en cuenta que la silicona tiene 1 milímetro de espesor.

Figura 3.19 .Sección transversal en cada falange

71

Tabla 3.6 Área de las Falanges

ÁREA

CORTE A-A 72mm2

CORTE B-B 58mm2

CORTE C-C 35mm2

La elongación se calcula por medio de la ecuación 3.27 y las dimensiones de la Figura

3.19.

𝐿𝐿𝐿𝐿 − 𝐿𝐿𝐶𝐶 𝐴𝐴 =

𝐿𝐿𝐶𝐶 (3.27)

Donde:

𝐿𝐿𝐿𝐿: Longitud final [mm]

𝐿𝐿𝐶𝐶: Longitud final [mm]

El valor de la longitud final será la suma de la longitud inicial más la longitud del

segmento circular que se estira la silicona al cerrar totalmente el dedo. El segmento

circular viene dado por la ecuación 3.28

𝑙𝑙 = 𝜃𝜃𝐹𝐹 (3.28)

Donde:

𝑙𝑙: Segmento circular [mm]

𝜃𝜃: Ángulo [rad]

𝐹𝐹: Radio

Figura 3.20 longitud final

72

La longitud inicial es la suma de las longitudes de las falanges acotadas en la Figura 3.20

y su valor es 102 mm, conociendo el valor del segmento circular de la falange 1 que gira

90º es 9,4mm, la falange 2 que gira 65º es 6,8mm se determina la longitud estirada es

16,22mm, entonces la longitud final es 118,2 mm

Con los valores de las longitudes encontradas anteriormente se reemplaza en la ecuación

3.27 y se obtiene las elongaciones de las falanges de cada dedo en la Tabla 3.7.

Tabla 3.7 Elongación de la silicona.

INDICE MEDIO ANULAR MEÑIQUE PULGAR

𝑳𝑳𝑳𝑳[mm] 118,2 131,2 118,2 114,2 79,2 𝑳𝑳𝑳𝑳 [mm] 102 115 102 98 63 ELONGACIÒN 0,16 0,14 0,16 0,17 0,26

La fuerza requerida en cada falange se muestra en la Tabla 3.8 y se calcula con la ecuación

3.26.

Tabla 3.8 Fuerza de la silicona

DEDOS INDICE[N] MEDIO[N] ANULAR[N] MEÑIQUE[N] PULGAR[N]

CORTE A-A 12.8 11,2 12,8 13,6 14,2 CORTE B-B 10,3 9,0 10,3 10,9 --- CORTE C-C 6,2 5,4 6,2 6,6 8,3

La falange 1 que corresponde el corte A-A requiere mayor fuerza que la falange 2 que

corresponde el corte C-C, por lo que el motor debe vencer esa fuerza adicional que genera

la silicona para que el dedo pueda llegar a su punto final de carrera, movimiento de

flexión. Los siguientes cálculos se tomará el valor mayor de la fuerza encontrada que es

14,2N cuando realiza movimiento de flexión- extensión los dedos.

3.3. Movimiento de Abducción

El movimiento de abducción – aducción realizarán los dedos, índice, anular y meñique,

tomando como eje de referencia el dedo medio. El dedo medio y dedo pulgar no tienen

movimiento abducción-aducción, estos dedos permanecen en su posición inicial. El

movimiento será realizado por dos cuerdas en cada dedo, la cual estará tensada desde los

extremos de los dedos hasta la polea, como se muestra en la Figura 3.21

73

Figura 3.21 Mecanismo para el movimiento de abducción- aducción.

La polea al momento de realizar el giro hace que los dedos realicen el movimiento de

abducción obteniendo una separación entre dedos de 20º. El ensamble de los cables se

muestra en la Figura 3.22.

Figura 3.22 Vista posterior de la mano en abducción

74

La cuerda que une los dedos, índice, anular y meñique con la polea de abducción lo realiza

atravesando unos canales internos diseñados en la palma superior y formando ángulos como se

muestra en la figura 3.23.

Figura 3.23 Ubicación de los cables en la palma

La tensión de las cuerdas en el movimiento de abducción-aducción, se determinará a

partir del diseño de la polea de abducción. La polea al girar en dirección a las manecillas

del reloj tendrá un lado tenso moviendo los tres dedos, índice, anular y meñique; y un

lado flojo. Por lo que al girar la polea en el lado flojo debe haber una longitud de cuerda

necesaria para que realice el movimiento. Las tensiones de las cuerdas se muestran en la

Figura 3.24

Figura 3.24 Tensiones del cable al generar el movimiento de abducción- aducción

A continuación, se muestra la longitud necesaria que se debe envolver en la garganta de

la polea en su lado flojo. En la Figura 3.25 se muestra una cota de la cuerda de

aproximadamente 2 mm para el dedo índice y anular. En el caso del dedo meñique el

desplazamiento de la cuerda resulta en aproximadamente 4,4 mm. Esta cota es la longitud

75

que debería ser envuelto en la polea para que los dedos se puedan abrir 20º y realizar su

movimiento de abducción.

a b Figura 3.25 Elementos de abducción a) dedo meñique, b) dedo índice y anular

La dimensión de recorrido de 2mm y de 4,4mm aproximadamente nos da una relación de

2,2, para que la misma polea haga girar las 6 cuerdas en un solo giro, los diámetros de las

gargantas serán de 7mm para el dedo índice, anular y 16mm para el dedo meñique.

En el diseño de la polea para el movimiento de abducción-aducción, el perfil de la

garganta forma un arco de circunferencia de 135º con dos rectas convergentes a 28º, como

se muestra en la Figura 3.26

Figura 3.26 Dimensiones de la polea para el movimiento abducción- aducción

76

A continuación, se muestra las tensiones que se genera en la polea al girar los dedos:

índice, anular y meñique, como se muestra en la Figura 3.27 a la Figura 3.29.

Figura 3.27 Tensiones dedo índice abducción- aducción

Figura 3.28 Tensiones dedo anular abducción-aducción

77

Figura 3.29 Tensiones dedo meñique abducción aducción

La tensión de cada garganta de la polea dependerá del peso de los dedos índice 0.24N,

anular 0,24N y meñique 0.21N y el radio de giro de 5,5mm acotado en la Figura 3.25.

𝑇𝑇 = 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑅𝑅 (3.29)

Donde:

𝑇𝑇: Torque de la cuerda del dedo [Nmm]

W: Peso de cada dedo [N]

R: Radio de giro del dedo [mm]

Aplicando la ecuación 3.29 se obtienen los torques de los dedos índice, anular y meñique,

los que se muestran en la Tabla 3.9

Tabla 3.9 Torque en vacío

Torque movimiento abducción-aducción

Dedo índice [Nmm] Dedo anular [Nmm] Dedo meñique [Nmm] 1,32 1,32 1,16

El motor a seleccionar para el movimiento de abducción-aducción se tomará en cuenta la

suma de los torques que genera cada uno de los dedos. Entonces seria 3,8Nmm o

78

0.0038Nm El torque es pequeño debido a que el movimiento lo está realizando en vacío

si lo analizamos sujetando un objeto de peso a 500 gramos en posición de abducción, este

peso se distribuye en los 5 dedos, entonces el peso en cada dedo tendrá 1N adicional que

su peso propio. En la tabla 3.10 se muestra el torque en cada dedo al sujetar un peso.

Tabla 3.10 Torque con carga

Torque movimiento abducción-aducción

Dedo índice[Nmm] Dedo anular [Nmm] Dedo meñique [Nmm] 6,82Nmm 6,82Nmm 6,66Nmm

El torque necesario para mover los dedos a la vez será 20,3Nmm o lo que es lo mismo

0,0203Nm. Este torque se tomará en cuenta para la selección del motor.

3.4. Cálculo del recorrido de la cuerda

Es importante realizar el cálculo de la longitud que recorre la cuerda cuando realiza el

movimiento de flexión y el movimiento de extensión, debido a que la garganta de la polea

deberá tener un espacio suficiente para poder enrollar una determinada longitud de

cuerda.

Los agujeros son de 1.5mm donde se deslizan las cuerdas al realizar el movimiento de

flexión las cuerdas tienden a ubicarse en la parte radial del agujero, entonces la distancia

será 7,25mm y 5,75mm al realizar el movimiento de flexión como se muestra en la Figura

3.30. Tomando en consideración estas dimensiones, se procede a determinar la longitud

que debe envolver la cuerda cuando gira la polea.

Figura 3.30 Ubicación de la cuerda

79

3.4.1 Movimiento de extensión

La longitud que recorre la cuerda en el movimiento de flexión será la suma del tramo de

la cuerda que recorre cada falange desde su punto de inicio hasta su punto final. En la

Figura 3.32 se muestra el detalle A de la Figura 3.31, en el cual se tiene que el recorrido

de la cuerda de la falange proximal o falange1 considerando su trayectoria desde el punto

de inicio (cuando el ángulo que se forma entre la falange proximal y el elemento que

realiza la abducción es 90º) hasta su punto final (cuando el ángulo que se forma entre la

falange proximal y el elemento que realiza la abducción es 0º).

Figura 3.31 Ubicación de las cuerdas para la flexión-extensión

Desde el punto 1 (punto de giro de las dos falanges) hasta el diámetro del agujero en el

que recorre la cuerda tenemos una distancia de 7,25mm. Aplicando la razón

trigonométrica se obtiene la distancia que recorre la cuerda, se tiene 2x(7,25 tan 45º) =

14.5mm, como se muestra en la Figura 3.32.

Figura 3.32 Recorrido de la cuerda de la falange1

80

Desde el punto 2 (punto de giro de las dos falanges) hasta el diámetro del agujero en el

que recorre la cuerda tenemos una distancia de 7,25mm y aplicando la razón

trigonométrica para obtener la distancia que recorre la cuerda, se tiene 2x(7,25 tan 32.5)

= 9.24mm, como se muestra en la Figura 3.33

Figura 3.33 Recorrido de la cuerda de la falange medio

El recorrido total en movimiento de extensión es la suma de las dimensiones calculadas

anteriormente 23,74mm. Este valor calculado será la longitud circular de la garganta de

la polea para realizar el movimiento de extensión en la falange 2 y 14,5mm será el

diámetro de la garganta de la polea para realizar movimiento de extensión en la falange1

3.4.2 Movimiento de flexión

El recorrido de las cuerdas al realizar el movimiento de flexión se muestra en la Figura

3.31. En este caso la longitud que recorre la cuerda es el segmento circular que se

determina por medio de la ecuación 3.30 y la Figura 3.34

𝐿𝐿𝐿𝐿 = 𝑅𝑅∅ (3.30)

Donde:

𝐿𝐿𝐿𝐿: longitud de la cuerda [mm]

R: radio de curvatura [mm]

∅: ángulo de abertura [rad]

81

Figura 3.34 Ubicación de las cuerdas en flexión

Figura 3.35 Recorrido de la cuerda de la falange proximal en flexión

Reemplazando los valores el recorrido de la cuerda de la falange proximal resulta 9,42mm

Figura 3.36 Recorrido de la cuerda de la falange medio en flexión

82

Usando la ecuación 3.20 y los valores de la Figura 3.33, el recorrido de la cuerda de la

falange2 es 6,80mm.

El recorrido total en movimiento de flexión es la suma de las dimensiones calculadas

anteriormente 16,2mm este valor calculado será la longitud circular de la garganta de la

polea para realizar el movimiento de flexión en la falange 2 y 9,4mm será el diámetro de

la garganta de la polea para realizar movimiento de flexión en la falange 1.

3.5. Diseño de la polea en el movimiento de Flexión - Extensión

Las dimensiones que tendrán las poleas dependerán del diámetro del cable, en este diseño

se ha considerado seleccionar una cuerda sedal de diámetro 0.36mm marca ASSO

Evergreen PE trenzado de 8 hebras con capacidad 67.6lb o 30.7kg, como se muestra en

la Figura 3.37.

Figura 3.37 Dimensiones y características de la cuerda ASSO

En el diseño de la polea para el movimiento de flexión - extensión el perfil de la garganta

forman un arco de circunferencia de 135º con dos rectas convergentes a 45º llegando a

una altura de 1,5 a 2 veces el diámetro del cable. Como se muestra en la Figura 3.38.

Figura 3.38 Ubicación de las cuerdas en la polea para el movimiento de flexión - extensión

83

Cuando la polea gira para realizar el movimiento de flexión

𝐿𝐿 = 𝜋𝜋𝜋𝜋 (3.31)

Donde:

L: Longitud circular de la polea [mm]

D: diámetro de la garganta de la polea [mm]

Despejando el diámetro de la garganta de la ecuación 3.31 y sabiendo que la longitud

circular de la polea calculada anteriormente, para realizar el movimiento de flexión de la

falange 2 es de 16,2 mm se obtiene un diámetro de garganta de 5,2mm y la longitud

circular de la falange1 es 9,4 obteniendo el diámetro de la garganta de 3mm.

La longitud circular en el movimiento de extensión de la falange 2 es 23,7mm obteniendo

un diámetro de garganta de 7,6mm y la longitud circular en el la falange1 se tiene 14,5mm

obteniendo un diámetro de garganta de 4,6mm. Las dimensiones de la polea para el

movimiento de flexión- extensión se muestra en la Figura 3.39.

Figura 3.39 Dimensiones de la polea para el movimiento de flexión y extensión

3.6. Selección de motores

Considerando los requerimientos del sistema, todos los dedos deben moverse a una

velocidad máxima de 30 RPM o lo que es lo mismo una velocidad de 0,018849 m/s.

Tomando en cuenta las tensiones necesarias para el movimiento del sistema es decir

tensiones de las cuerdas en el movimiento de flexión - extensión 6,68N, tensión generada

por la silicona 14,2N y en el movimiento de abducción-aducción 1,24N. Se considera un

factor de seguridad de 2 por lo que la tensión general en este caso será 44,24N.

84

𝑇𝑇 = 𝐹𝐹𝑇𝑇 (3.32)

Donde:

T: Torque [Nm]

F: Máxima tensión de la cuerda [N]

d: radio de la polea [m]

La polea para el movimiento de flexión-extensión tendrá un diámetro de 12mm. Usando

la ecuación 3.22 el torque máximo es 0.27 N-m. Para la transmisión del motor hacia la

polea se selecciona un micro motorreductor de 6V DC con caja reductora integrada de

297:1, velocidades de hasta 100 RPM, un torque de 70 oz-in (o 0.49 N-m) y un consumo

de 1600 mA (Figura 3.40).

Figura 3.40 Características del motor POLOLU 994

Uno de los factores para la selección del motor es el tamaño por lo que se debe considerar

el espacio disponible de la palma. Este motor tiene una dimensión de 10x12x26mm. En

la Figura 3.41 se muestran las dimensiones del motor para el diseño de la palma.

85

Figura 3.41 Dimensiones del motor 994

3.7. Análisis de Resistencia de los pasadores

Como se requiere un movimiento rotacional en los ejes, en la unión de las falanges se

opta en colocar un pasador de material en ABS ya que este material tiene mayor

resistencia al rozamiento con el acero, la ubicación de los pasadores se encuentra en la

Figura 3.42.

Figura 3.42 Pasadores en las falanges

86

Mediante el diagrama de las fuerzas aplicadas en los pasadores que se muestra en la

Figura 3.43 se realiza el diseño por corte y aplastamiento, habiendo calculado una tensión

máxima de 44,24N

Figura 3.43 Diagrama del cuerpo libre de las fuerzas aplicadas en el pasador

En el diseño por corte se usarán las ecuaciones de la 3.33 a la 3.35 y las propiedades de

ABS que se encuentra en la Tabla 3.11 𝐹𝐹

𝐹𝐹𝐿𝐿 = 2

(3.33)

4𝐹𝐹𝐿𝐿 𝜏𝜏𝐿𝐿 =

𝜋𝜋𝑇𝑇2 (3.34)

𝑆𝑆𝐶𝐶𝐿𝐿𝑢𝑢𝑆𝑆𝐹𝐹𝑒𝑒𝐶𝐶 ú𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑁𝑁𝐶𝐶 𝐹𝐹𝑆𝑆 =

𝑆𝑆𝐶𝐶𝐿𝐿𝑢𝑢𝑆𝑆𝐹𝐹𝑒𝑒𝐶𝐶 𝑝𝑝𝑆𝑆𝐹𝐹𝑁𝑁𝑙𝑙𝐶𝐶𝑙𝑙𝑝𝑝𝑙𝑙𝑆𝑆 (3.35)

Tabla 3.11 Propiedades del ABS

Densidad ABS [kg/m3] 1100

Esfuerzo fluencia [MPa] 39

Esfuerzo a corte [MPa] 33.9

Conociendo que el diámetro es 3mm, se reemplaza valores y se tiene que la fuerza de

corte es 𝐹𝐹𝐿𝐿 = 22,12𝑁𝑁, el esfuerzo cortante es 𝜏𝜏𝐿𝐿 = 3,13𝑀𝑀𝑃𝑃𝑀𝑀, y un factor de seguridad

de 𝐹𝐹𝑆𝑆 = 10,83

87

En el diseño por aplastamiento se usarán las ecuaciones de la 3.33 a la 3.36

𝑃𝑃 𝑃𝑃 𝜎𝜎𝑝𝑝 = =

𝐴𝐴 𝑇𝑇. 𝑝𝑝 (3.36)

Reemplazando valores se obtiene el esfuerzo por aplastamiento 𝜎𝜎𝑝𝑝=4,92MPa yun factor

de seguridad de FS=8.

El diseño por flexión se usarán las ecuaciones de 3.35, 3.37. y 338.

𝑞𝑞𝐿𝐿(𝐿𝐿 − 𝐿𝐿)

𝑀𝑀𝐿𝐿 = 2

(3.37)

𝜎𝜎 = 32𝑀𝑀𝐿𝐿/𝜋𝜋𝑇𝑇3 (3.38)

Figura 3.44 Diagrama de Momento Flector y diagrama de esfuerzo cortante

Reemplazandovaloresse encuentraelmomentoflectores𝑀𝑀𝐿𝐿 = 33,18𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 yelesfuerzo

por flexión es 𝜎𝜎 = 12,52𝑀𝑀𝑃𝑃𝑀𝑀 y el factor de seguridad de FS=3,1

3.8. Selección de los rodamientos

La dimensión del pasador es de 3mm y para mantener una alineación precisa con una

fricción mínima por un largo período de tiempo se ha seleccionado el Rodamiento

W638/3-2Z debido a que las velocidades de operación son muy bajas y es de fácil

88

adquisición. Se muestra las dimensiones en la Figura 3.45 y sus características en la Tabla

3.12.

Este tipo de rodamiento con una sola hilera de bolas y surco profundo soportan cargas

radiales y pequeñas cargas axiales. En la selección del rodamiento se tiene en

consideración tres factores importantes: la constante de carga dinámica (C), factor de

aplicación de carga (fa), y carga dinámica equivalente de trabajo (P).

Figura 3.45 Dimensiones del Rodamiento W638/3-2Z

Tabla 3.12 Características del rodamiento W638/3-2Z

La carga del rodamiento cumple con los requisitos de capacidad de carga dinámica básica

C, es decir la carga es constante en magnitud y sentido actúa radialmente sobre un

rodamiento, como se muestra en la Figura 3.46

Figura 3.46 Fuerza radial sobre el rodamiento.

P = Fr (3.39)

Capacidad Dinámica C 0,18 kN Capacidad Estática Co 0,06 kN Carga límite de fatiga Pu 0 kN Velocidad 𝜔𝜔 160000 r/min Velocidad límite 𝜔𝜔𝑙𝑙 80000 r/min Factor de cálculo Kr 0,02 -- Factor de cálculo fo 7,1 --

89

0,18 10

Donde:

P: Carga dinámica equivalente de trabajo [N]

Fr: Carga radial [N]

Entonces se tiene que P = 44,24N = 0,0442 kN

La vida del rodamiento se define con la ecuación 3.40 como el número de revoluciones

que el rodamiento puede dar antes de que se manifieste el primer signo de fatiga en uno

de sus elementos rodantes.

𝐶𝐶 𝑃𝑃 𝐿𝐿10 = � �

𝑃𝑃

(3.40)

Donde:

𝐿𝐿10 : Vida nominal básica con una confiabilidad del 90% [millones de revoluciones]

C: capacidad de carga dinámica [kN]

P: carga dinámica equivalente [kN]

P: exponente de la ecuación de la vida= 3 para rodamientos de bolas. 106

1 millón de revoluciones =

n: velocidad de giro

60n horas de funcionamiento

𝐶𝐶 𝑃𝑃 106

𝐿𝐿10 = � � 𝑃𝑃 60𝑛𝑛

(3.41)

3 6

𝐿𝐿10 = � � = 37521,33 ℎ𝐶𝐶𝐹𝐹𝑀𝑀𝐶𝐶 𝑇𝑇𝑆𝑆 𝐿𝐿𝑢𝑢𝑛𝑛𝐿𝐿𝑙𝑙𝐶𝐶𝑛𝑛𝑀𝑀𝑁𝑁𝑙𝑙𝑆𝑆𝑛𝑛𝑙𝑙𝐶𝐶 0,0442 60(30)

Se procede a comprobar el factor de seguridad a carga estática con la ecuación 3.42

𝐶𝐶0 𝐿𝐿𝐶𝐶 =

𝑃𝑃0

(3.42)

Entonces reemplazando los valores de Co = 0,06 y P = 0,0442 kN se obtiene un 𝐿𝐿𝐶𝐶 =

1,4. Este valor de factor de seguridad es aceptable y las horas de funcionamiento son

suficientes.

90

3.9. Diseño de la palma

La palma se diseñó cumpliendo los requerimientos planteados en el capítulo 2 donde se

especifica que el diseño sea antropomorfo lo cual conllevó a que la palma sea lo más

reducida en tamaño posible tomando en cuenta los espacios requeridos para el ensamble

de los dedos, motores, poleas, tarjeta electrónica. El ensamble de los elementos que van

dentro de la palma se encuentra en la Figura 3.47.

Figura 3.47 Montaje de elementos en la palma

La palma está compuesta de 3 piezas, llamadas palma inferior, palma superior y dorso,

en la palma inferior se ensamblarán el motor y la polea de abducción, en la palma superior

se ensamblarán los motores y las poleas de flexión de los dedos índice, medio, anular y

meñique. En la figura 3.48 se muestra las partes que conforman la palma. Y en la Figura

3.49 se muestra el ensamble de la palma con los dedos.

91

Figura 3.48 Partes que conforman la palma

Figura 3.49 Ensamble de la palma con los dedos

Las medidas que tiene la palma es 119mmx86mmx40mm externamente (Figura 3.50) y

el área útil para el ensamble de los motores y poleas es 82mmx76mm (ver Figura 3.51)

92

Figura 3.50 Medidas generales de la palma

Figura 3.51 Área útil para ensamble de elementos

93

3.10. Resistencia de las Falanges

Mediante el Software Autodesk Inventor se verifica la resistencia de las falanges de cada

dedo en el ensamble de la mano, se ubica restricciones en posición horizontal y como el

peso del objeto cilíndrico será de 500gramos se aplicaron fuerzas de 1N en la falange

distal de cada dedo asignando el material para cada una de las piezas plástico ABS como

se muestra en la Figura 3.52.

Figura 3.52 Materiales para la simulación

Se configura la malla para los elementos de estudio, según Figura 3.50

Figura 3.53 Configuración de malla

Los resultados obtenidos fueron en la tensión de Von Mises un valor de 1,04MPa según

Figura 3.54, un coeficiente de seguridad de 15 según Figura 3.55, un desplazamiento de

0,007mm según Figura 3.56.

94

Figura 3.54 Tensión de Von Mises

Figura 3.55 Coeficiente de seguridad

95

Figura 3.56 Desplazamiento

A continuación de muestra en la Figura 3.57 un resumen de las tensiones y

desplazamientos y deformaciones mínimas y máximas de la mano.

Figura 3.57 Resumen de Resultados de la simulación

96

3.11. Análisis del movimiento

Se valida el diseño con el análisis de movimiento de cada uno de los dedos que se muestra

en la Figura 3.58 a la Figura 3.61. Este análisis se realizó mediante el Software Autodesk

Inventor 2017.

Figura 3.58 Trayectoria de los dedos en 3D

Figura 3.59 Trayectoria vista frontal

97

Figura 3.60 Trayectoria vista lateral izquierda

Figura 3.61 Trayectoria vista lateral derecha

La apertura y cierre de los dedos es de 1 segundo excepto el dedo pulgar que es 1.5

segundos para no ocasionar colisiones entre dedos.

Las curvas de movimientos de cada falange de cada dedo se muestran en las Figuras 3.62

a 3.64. En la Curva de posición vs tiempo se observa que las falanges 1 del dedo medio

desciende 255mm aproximadamente desde su punto inicial 390mm.

98

Figura 3.62 Posición vs Tiempo

En la curva de velocidad vs tiempo de la Figura 363, se observa que las falanges medio

1y 2 inicia con una velocidad de 175mm/s aproximadamente y termina su movimiento

hasta 140mm/s

Figura 3.63 Velocidad vs Tiempo

99

En la curva de aceleración vs tiempo Figura 3.64, tiende a decaer la aceleración en cada

una de las falanges, la falange media desciende desde 410 mm/s2 a 360mm/s2

aproximadamente.

Figura 3.64 Aceleración vs Tiempo

100

CAPÍTULO 4

FABRICACIÓN Y PRUEBAS

Este capítulo comprende la fabricación de las piezas que compone el mecanismo y las

pruebas correspondientes de agarre de un objeto cilíndrico de 538gramos en diferentes

posiciones

4.1. Fabricación

La consideración principal cuando se desea fabricar piezas funcionales por impresión 3D

es la orientación del modelo en el software de laminado, la densidad de relleno (75%-

100%), la altura de capa de impresión, el tipo de filamento determinarán resistencia y

acabado superficial de las piezas; a su vez el tiempo de fabricación que afectará el costo

del mismo. Todas las piezas se fabricaron con 100% de densidad y altura de capa 0.09mm.

Se obtuvo un buen acabado superficial disminuyendo la temperatura de la boquilla de la

impresora 3D y disminuyendo la velocidad de impresión, es muy importante para la

fabricación aplicar las siguientes recomendaciones para la obtención de dimensiones

precisas como son los agujeros.

Si se requiere agujeros dimensionalmente precisos se debe utilizar las ecuaciones. 4.1 y

4.2 25

25https://innovationstation.utexas.edu/tip-design/ Web: 20-08-2017

https://innovationstation.utexas.edu/tip-design/

101

y = 1,0155x + 0,2795 vertical (4.1)

y = 0,9927x + 0,3602 horizontal (4.2)

Las ecuaciones 4.1 y 4.2 se grafican y se entienden de mejor manera en las curvas de la

Figura 4.1

Figura 4.1 Curvas ajuste de diámetros para impresión 3d26

El diseño presentado en esta tesis se fabricó en impresión 3D con filamento ABS, gracias

al apoyo del Laboratorio de Investigación en Biomecánica y Robótica Aplicada de la

PUCP (LIBRA)

Figura 4.2 Impresión 3D

Cada pieza se imprimió con altura de capa de 0,09mm y densidad al 100%

permitiéndonos tener piezas sólidas y resistentes. Todas las piezas que compone el

mecanismo como se muestra en la Figura 4.3

26https://innovationstation.utexas.edu/tip-design/ Web: 20-08-2017

https://innovationstation.utexas.edu/tip-design/

102

Figura 4.3 Piezas en impresión 3D

La fabricación del prototipo permitió realizar pruebas de sujeción de un objeto cilíndrico

que pesa 535gramos como se muestra en la Figura 4.3.

Figura 4.4 Objeto cilíndrico

103

4.2. Resultados

A continuación, se muestra los movimientos que realiza la mano para ello se utilizó una

cobertura de silicona en cada uno de los dedos para obtener un mejor agarre. Se muestra

en la Figura 4.4

Figura 4.5 Movimiento de aducción- abducción

Figura 4.6 Movimiento de Flexión

104

Figura 4.7 Agarre en horizontal posición vertical

Figura 4.8 Agarre en horizontal posición horizontal

Figura 4.9 Agarre en vertical con un objeto cilíndrico de 530gr

105

Figura 4.10 Agarre de un objeto esférico en posición vertical

Figura 4.11 Agarre de un objeto esférico en posición horizontal

Figura 4.12 Similitud con una mano humana

106

CAPÍTULO 5

PLANOS Y COSTOS

El diseño del mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para prótesis mioeléctrica

transradial se encuentra implementado en una mano que puede observarse en los planos

de ensamble y los planos de detalle. En este capítulo también se presenta la estimación

de costos que incluyen costos en horas hombre de los procesos de fabricación, costos de

los materiales y componentes seleccionados de proveedores.

5.1. Planos

En el Plano de Ensamble se presenta una visión general del diseño de forma que se puede

ver la ubicación de las distintas piezas que lo componen, con la relación y las

concordancias existentes entre ellas. En el plano de ensamble se identifica todas las piezas

que lo componen, puesto que están perfectamente identificadas las piezas del conjunto

especialmente en el caso de elementos normalizados y comerciales.

La nomenclatura de los planos consiste en Número de plano – Tamaño de hoja – E/D/EP

(ensamble, despiece o disposición), y se explica con los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1: Plano 01-A0-E,

donde: 01: Número de plano A0: Tamaño de hoja A0 E: Ensamble

Ejemplo 2: Plano 02-A2-D,

donde: 02: Número de plano A2: Tamaño de hoja A2 D: Despiece

107

Los planos de ensamble y despiece se detallan con su respectivo código en la Tabla 5.1.

Estos planos hacen referencia a piezas que han sido diseñadas para ser fabricadas en

impresora 3D y las demás piezas han sido seleccionadas para su respectiva compra a

proveedores.

Tabla 5.1 Codificación de los planos

PLANO NÚMERO

Mecanismo de dedo de 2DOFS para prótesis mioeléctrica transradial 01-A0-E Sub-ensamble de palma 02-A0-E Sub-ensamble dedo índice 03-A2-E Sub-ensamble dedo medio 04-A2-E Sub-ensamble dedo anular 05-A2-E Sub-ensamble dedo meñique 06-A2-E Sub-ensamble dedo pulgar 07-A1-E Palma superior, palma inferior y Dorso 08-A0-D Abducción índice, falange índice1, falange índice2 09-A0-D Abducción medio, falange medio1, falange medio2 10-A0-D Abducción anular, falange anular1, falange anular2 11-A0-D Abducción meñique, falange meñique1, falange meñique2 12-A0-D Soporte pulgar, falange pulgar1, falange pulgar2 13-A0-D Soporte micro motor índice, Soporte micro motor medio, Soporte micro motor anular, Soporte micro motor meñique, Soporte micro motor pulgar, Soporte micro motor abducción 14-A0-D

Polea flexión y polea abducción 15-A2-D Pasador flexión, pasador abducción, pasador abducción meñique 16-A3-D

5.2. Costo estimado para desarrollar una prótesis

Los costos del trabajo de tesis inician con los costos de diseño, el monto total de las

compras de componentes comerciales y los costos de los servicios de fabricación de las

piezas. A continuación, se detallan las consideraciones tomadas para cada uno de los

costos mencionados tomando en cuenta que cada uno de ellos están considerados los

impuestos de ley.

Costos de diseño: Los costos de diseño abarca el estudio del estado del arte, diseño

conceptual, cálculos y planos de elementos mecánicos, Este costo ha sido asignado por la

autora de este documento, estimando los honorarios que percibiría un diseñador

mecánico. Se presentan en la Tabla 5.2.

108

Tabla 5.2 Costos

Costo horario

(S/. /hora)

Tiempo de diseño

(horas)

Honorarios

(S/.)

Diseñador 50 200 10000

Costo de componentes comerciales: El presupuesto de los componentes seleccionados

mostrados en la Tabla 5.3 se obtuvieron de cotizaciones de proveedores en el Perú (ANEXO G).

Tabla 5.3 Costos de componentes

Componente

Marca

Precio

unit.

(S./)

Cantidad

Precio

final

(S./)

Micro motorreductor 994,10x12x26mm, 100RPM, 0,49Nm Pololu 54.00 6 324.00

Rodamiento 638 – ZZ (Di=3,De= 7 , e= 3) NTN 16.00 20 448.00 Rodamiento 638– ZZ con brida (Di=3, De= 7 , e= 3, B=9) NTN 16.00 15 240.00

Anillo de retención para eje de 3mm ZFhong 0.35 28 9.80 Tornillo Allen M2x16 Sermar Perú 0.55 12 6.60

Tornillo cabeza avellanada M2x8 / ISO 7046-1 Sermar Perú 0.10 8 0.80 Tornillo cabeza plana M1.2x4 /DIN 920 Sermar Perú 0.05 66 3.30

Cuerda de 0.36mm, trenzado de 8 hebras, capacidad 30.7kg ASSO Evergreen PE 150.00 1 150.00

Total 1,054.50

Costos de fabricación: Los costos de fabricación incluyen los servicios de fabricación

obtenidos de proveedores locales (Tabla 5.4), así como el costo del filamento ABS para

la fabricación por impresión 3D, el costo de fabricación en el laboratorio de Investigación

en Robótica Aplicada y Biomecánica (LIBRA), costo de preparación del equipo y el costo

de supervisión.

Tabla 5.4 Costos de servicio de fabricación

Elementos Precio unit.

(S/.) Cantidad

Precio final

(S/.)

Servicio de maquinado de la polea para flexión 230.00 5 1,150.00

Servicio de maquinado de la polea para aducción 230.00 1 230.00 Total 1,380.00

En lo que se refiere al costo del filamento (Tabla 5.4), éste se puede determinar conociendo

el peso en gramos del material empleado, el cual es proyectado el software de generación

de archivos de impresión 3D. Además, se conoce que el precio de un rollo de filamento

de 750 gramos es S/ 185.00. Por lo tanto, el precio es S/. 0.25 por gramo.

109

Tabla 5.5 Costos de filamento utilizado para la fabricación

Elementos Filamento

(g) Cantidad

Precio unit./g

(S./)

Precio final

(S/.)

Palma superior 44.00 1 0.25 11.00 Palma inferior 36.00 1 0.25 9.00 Dorso 18.14 1 0.25 4.50 Soporte dedo pulgar 223.16 1 0.25 55.80 Abducción índice 4.99 1 0.25 1.25 Falange índice1 6.35 1 0.25 1.60 Falange índice2 6.35 1 0.25 1.50 Abducción medio 5.44 1 0.25 1.35 Falange medio1 7.71 1 0.25 1.95 Falange medio2 7.71 1 0.25 1.95 Abducción anular 4.99 1 0.25 1.25 Falange anular1 6.35 1 0.25 1.60 Falange anular2 6.35 1 0.25 1.60 Abducción meñique 5.54 1 0.25 1.40 Falange meñique1 5.99 1 0.25 1.50 Falange meñique2 5.89 1 0.25 1.50 Falange pulgar1 6.35 1 0.25 1.60 Falange pulgar2 5.44 1 0.25 1.36 Soporte micro motor índice 2.72 1 0.25 0.68 Soporte micro motor medio 3.17 1 0.25 0.80 Soporte micro motor anular 2.72 1 0.25 0.70 Soporte micro motor meñique 2.72 1 0.25 0.70 Soporte micro motor pulgar 1.36 1 0.25 0.35 Soporte micro motor abducción 2.72 1 0.25 0.70 Pasador flexión 0.25 10 0.25 0.65 Pasador abducción 0.25 3 0.25 0.20 Pasador abducción meñique 0.25 1 0.25 0.065

Sub TOTAL 106.55

En el costo de las piezas fabricadas en el Lab. LIBRA, incluye la amortización de la

impresora 3D, el mantenimiento que requiere la impresora para estar operativa, y el

consumo de energía eléctrico que demanda el uso de este equipo.

En lo que se refiere a la amortización, esta contempla un tiempo de horas de uso medio

de 6h por día, el cual se usará para un período de tres años. Este período de tiempo

representa el que tecnológicamente la impresora quedará ligeramente desfasada, es decir

obsoleta. Considerando que un año de 365 días de los cuales 104 son días de fin de semana

y 12 días de feriado en Perú, entonces se tienen 252 días laborables en el año, y por lo

tanto 4,536 horas de uso de la impresora. Por consiguiente, y tomando en cuenta que la

impresora tiene un costo aproximado de S/ 13,000.00, se determina un valor de S/ 2.90

por hora por uso durante los tres años.

110

En lo que se refiere a la influencia del mantenimiento de la impresora en el costo de

fabricación, este se estima en un 10% anual respecto del costo de adquisición de la

impresora 3D. Este valor representa un uso medio de la impresora 3D durante el plazo de

amortización anteriormente mencionado. Por lo tanto este valor corresponde a la

amortización de la impresora 3D S/.1,300.00 anual, o S/ 5.15 por hora que se aumentará

a la pieza final.

El consumo de electricidad en la impresora 3D es 221W (0,221 kW) y el costo de la

electricidad en Lima, según la tarifa de MT31 es 25.67 centavos de soles por kW.h.

Entonces por consumo de energía eléctrica se tiene un consumo de S/ 5.67 por hora.

El coste de software para fabricación no ha sido considerado pues en el Lab. LIBRA se

trabaja con software libre para estás aplicaciones de impresión 3D, lo que es muy común

entre los proveedores de servicios.

Entonces, sumando las cantidades obtenidas en los párrafos previos, se tiene un valor de

S/. 13.72 por hora para la fabricación de piezas usando la impresora 3D disponible en el

Lab. LIBRA. En la Tabla 5.6 se tiene el costo total de fabricación correspondiente.

1 MT3:Tarifa industrial

111

Tabla 5.6 Costos de fabricación en LIBRA

Elementos

Tiempo

de

impresión

Precio

unit./hora

Cantidad

Costo

(h) (S/.) (S/.)

Palma superior 1 13.72 1 13.72 Palma inferior 3 13.72 1 41.16 Dorso 1 13.72 1 13.72 Soporte dedo pulgar 5 13.72 1 68.6 Abducción índice 1 13.72 1 13.72 Falange índice1 1 13.72 1 13.72 Falange índice2 1,5 13.72 1 20.58 Abducción medio 1 13.72 1 13.72 Falange medio1 1,5 13.72 1 20.58 Falange medio2 2 13.72 1 27.44 Abducción anular 1 13.72 1 13.72 Falange anular1 1 13.72 1 13.72 Falange anular2 1,5 13.72 1 20.58 Abducción meñique 1 13.72 1 13.72 Falange meñique1 1 13.72 1 13.72 Falange meñique2 1 13.72 1 13.72 Falange pulgar1 1 13.72 1 13.72 Falange pulgar2 1,5 13.72 1 20.58 Soporte micro motor índice 1 13.72 1 13.72 Soporte micro motor medio 1 13.72 1 13.72 Soporte micro motor anular 1 13.72 1 13.72 Soporte micro motor meñique 1 13.72 1 13.72

Soporte micro motor pulgar 1 13.72 1 13.72 Soporte micro motor abducción 1 13.72 1 13.72

Pasador flexión 0,5 13.72 1 6.86 Pasador abducción 0,5 13.72 1 6.86 Pasador abducción meñique 0,5 13.72 1 6.86

Sub TOTAL 473.34

Los costos de preparación del equipo (Tabla 5.7), consta del alineamiento de la

plataforma, verificación el estado del extrusor del filamento, cambio de boquilla si es

necesario en atascos imprevistos. El costo fue asignado por la autora de este documento,

estimando los honorarios que percibiría un técnico en impresión 3D. Se presentan en la

Tabla 5.7.

112

Tabla 5.7 Costos de preparación del equipo

Costo horario

(S/. /hora)

Tiempo de preparación

(min)

Honorarios

(S/.)

Técnico 50 30 25

Los costos de supervisión del equipo (Tabla 5.8) implica el tiempo de vigilancia que ha

tomado cada pieza, se vigila cada hora y se toma 1 minuto en verificar que la impresora

está imprimiendo correctamente. Realizar todas las piezas en impresión 3D se tomó un

tiempo de 27 horas, teniendo así un tiempo de supervisión de 27 min

Tabla 5.8 Costos de supervisión

Costo horario

(S/. /hora)

Tiempo de supervisión

(min)

Honorarios

(S/.)

Técnico 50 27 24

En la Tabla 5.9 se muestra el costo total por el servicio de fabricación.

Tabla 5.9 Costo total del servicio de fabricación

Elementos Precio

(S/.)

Costo total por servicios de fabricación con proveedores 1,380.00 Costo total del filamento ABS para fabricación en LIBRA 106.55 Costo total por fabricación en LIBRA 473.34 Costos de preparación del equipo 25.00 Costo de supervisión 24.00

TOTAL 2008.89

Costos de ensamble: Este costo, mostrado en la Tabla 5.8, ha sido estimado por la autora

de este documento, estimando los honorarios que percibiría un ayudante para el ensamble.

Tabla 5.10 Costos de ensamble

Elemento Precio unit.

(S/.) Cantidad

Precio final

(S/.)

Ensamble total 200,00 1 200.00

Total 200.00

Costo Total: El costo total presentado de la Tabla 5.9 tiene todos los conceptos de costos,

tales como el costo de diseño, el monto total de las compras de componentes comerciales

y los costos de servicio de fabricación de las piezas. Se consideró pertinente aplicar un

incremento del 10% de la suma de las compras de componentes y costos de servicio de

fabricación por eventos imprevistos para tener un margen de seguridad en el presupuesto.

113

Tabla 5.11 Costos totales

CONCEPTO Costo horario

(S./ hora)

Tiempo total

(horas)

Costo

(S/.)

Costo de diseño 50 200 10,000.00 Compras de componentes comerciales 1,054.50 Costos de fabricación 2008,89 Costos de ensamble 200.00 Imprevistos 282.90

TOTAL 13,546.29

En función de lo hasta aquí presentado, se obtuvo un costo estimado de S/. 13,546.29,

incluidos los impuestos de Ley. Este costo contempla el diseño y el servicio de

fabricación de los dedos índice, medio, anular y meñique, que incluyen el mecanismo de

dos grados de libertad diseñado en este trabajo y, a su vez, todo esto integrado en la

prótesis de mano que se está desarrollando con fondos de CIENCIACTIVA a través del

proyecto 206-2015 FONDECYT.

114

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Durante la revisión del estado del arte realizada para comprender la fisiología y anatomía

de la mano, se pudo observar la gran complejidad que posee el movimiento de flexión -

extensión y abducción aducción. Este diseño solo pretende reproducir el movimiento de

flexión - extensión y abducción aducción en los dedos índice, medio, anular y meñique

sin abarcar el movimiento de oposición del dedo pulgar.

El diseño mecánico desarrollado y fabricado se integró con el sistema de control, y con

el acople de la muñeca del proyecto titulado Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados

de libertad, con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos, que desarrolla

el Grupo de Investigación en Robótica Aplicada y Biomecánica (GIRAB). Esto es posible

debido a que cada uno de los dedos se mueve por medio de motores y poleas, y a su vez

es manipulada con las señales eléctricas emitidas por el control mediante la señal que

recibe mediante los sensores Hall y sensores de presión ubicados en cada falange

Si se desean obtener agujeros con mejor precisión se recomienda utilizar las ecuaciones

4.1 y 4.2, mencionadas en el capítulo 4. También en la configuración del laminado

especificar lo siguiente: densidad 100%, altura de capa de 0,12 mm, velocidad de

desplazamiento del cabezal de la impresora 3D 45mm/s, esto ayudará al acabado de las

piezas en impresión 3D

En un primer ensamble de los elementos fabricados por impresión 3D se pudo observar

que la fricción entre ellos era alta cuando un elemento se mueve con respecto a otro. Se

ha podido reducir la fricción de las articulaciones mediante micro rodamientos, logrando

así una mejor eficiencia en la transmisión de fuerza.

115

CONCLUSIONES

Se ha cumplido con el objetivo principal de la tesis que es diseñar un mecanismo de dedo

de 2 grados de libertad para una prótesis mioeléctrica transradial, teniendo una

característica antropomorfa permitiendo la sujeción de un objeto de forma cilíndrica de

538 gramos, superando así el peso mínimo a sujetar de 500gramos.

El estudio del estado del arte favoreció para determinar el concepto de solución óptimo

analizando varias soluciones se llegó a la conclusión que el sistema de poleas y cuerdas

es un mecanismo que útil para poder reducir significativamente el tamaño de la prótesis

mioeléctrica transradial.

El diseño del mecanismo de 2 grados de libertad se satisface teniendo 1 grado de libertad

(actuación) en cada dedo y teniendo un grado sub-actuado con los dedos índice, anular y

meñique.

El movimiento que se ha logrado es similar al movimiento de los dedos de una mano

humana, teniendo 1 grado de libertad los dedos medio y pulgar, en cambio los dedos

índices, anular y meñique tienen 1 movimiento independiente y 1 movimiento

dependiente, permitiendo un movimiento coordinado entre la falange 1 y falange 2 de

cada dedo. Esto ha permitido la disminución en el número de motores a emplear en este

mecanismo, el cual posee 6 motores, 1 motor para el movimiento de flexión en cada dedo

y 1 motor para el movimiento de abducción.

Mediante el cálculo de las tensiones de las cuerdas en cada falange de cada dedo se

seleccionó el motor que contribuye a que el funcionamiento del sistema sea auto-

bloqueante.

Se modeló y simuló el movimiento del mecanismo mediante el Software Autodesk

Inventor 2017, y se concluyó que los elementos que componen la prótesis tienen una

buena la resistencia y pueden soportar las cargas de diseño hasta 500gramos.

La fabricación se puede realizar íntegramente en cualquier impresora 3D, mientras que

los materiales seleccionados se encuentran disponibles en el mercado nacional.

116

La fabricación del prototipo mediante impresión 3D permitió evaluar rápidamente la

funcionalidad del diseño, por lo tanto el mecanismo puede realizar los movimientos de

flexión-extensión y de abducción-aducción.

El costo estimado de diseño y fabricación de los dedos pulgar, índice, medio, anular y

meñique, incluyendo la palma y el mecanismo de dos grados de libertad diseñado, todo

esto integrado en una mano protésica es de S/. 14,000 aproximadamente.

117

BIBLIOGRAFÍA

[Brizuela,2010] Jorge Brizuela, José Soto. Diseño de un Equipo Auxiliar en Terapias de Rehabilitación de Extremidades de Miembro superior a nivel de dedos, México, 2010

[Belter,2013] Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir, Department of Mechanical Engineering, University of Colorado at Boulder, Volume 50, Number 5, 2013, Pag. 599–618


[Butterfab,2001] Butterfab J, Grebestein M, Liu H, Hirzinger G. DLR-Hand II Next Generation of Dextrous Robot Hand, International conference on Robotics and Automation, Korea, 2001

[Cimadevilla, 2006] Diseño de un sistema articulado emulando el movimiento de una mano, Cenidet 2006

[Cipriani, 2011] Cipriani Christian, Controzzi Marco, Chiara Carroza Maria. The SmartHand transradial prosthesis. 2011

[Choi,2008] Byung June Choi, Jooyoung Chun, Hyouk Ryeol Choi. Development of Anthropomorphic Robot Hand with Tactile sensor: SKKU Hand II. Korea, 2008

[Deshpande, 2014] Deshpande Ashish, Matsuoka Yoky, Development of an Anatomically Correct Testbed (ACT Hand). Springer International Publishing Switzerland 2014.

[ENAHO,2015] Encuesta Nacional de hogares Lima,2015

[Erdman,1985] Erdman Arthur, Sandor George N. Diseño de mecanismos análisis y síntesis, Pearson, tercera edición

[Freivalds,2004] Andris Freivalds, Biomechanics of the upper limbs, Mechanics, modeling and musculoskeletal injuries, CRC Press LLC, 2004

[Flores,2011] Flores Edgar Portilla Flores1*, Roberto Piña Quintero1, Oscar Avilés Sánchez2, Paola Niño Suárez2, María Molina Vilchis , Diseño del mecanismo actuador de un dedo robot antropomórfico, Revista facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia Nº 58, 2011

http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120- 62302011000200016

[INEI,2012] Instituto Nacional de Estadística e Informática. Primera Encuesta Nacional Especializada sobre la discapacidad, 2012

https://www.inei.gob.pe/media/MenuRecursivo/publicaciones_digitales/Est/Li b1171/ENEDIS%202012%20-%20COMPLETO.pdf

[Kargov,2004] Artem Kargov, Christian Pylatiuk, Jan Martin, Stefan Schulz and Leonhard Doderlein, A comparison of the grip forcé distribution in natural hands and in prosthetic hands, Institute for Applied Aomputer Science (IAI), Germany, 2004

[Le Vay, 2004] David Le Vay, Anatomía y Fisiología humana, Editorial Paidotribo 2da edición. Barcelona 2004 https://books.google.com.pe/books?id=gkqKyVVH3OQC&pg=PA106&dq=te ndones+de+mano&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiS3deW3ejSAhVGf5AKHa


http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&amp%3Bpid=S0120-

https://www.inei.gob.pe/media/MenuRecursivo/publicaciones_digitales/Est/Lib1171/ENEDIS%202012%20-%20COMPLETO.pdf

https://www.inei.gob.pe/media/MenuRecursivo/publicaciones_digitales/Est/Lib1171/ENEDIS%202012%20-%20COMPLETO.pdf

118

CzCpoQ6AEIQzAH#v=onepage&q&f=false

[Liu, 2008] Liu H, Wu K, Meusel P, Seitz N, Hirzinger G, Jin M, Y.Liu W, Fan W, Lan T, Chen P, Multisensory Five- Finger dexterous hand: the DLR/HIT HandII. International Conference on Intelligent Robots and Systems, Francia 2008

[Mott,2006] Mott Robert, Diseño de elementos Pearson,México,2006

de máquinas, cuarta edición,

[Pahl,2007] Pahl,G,Beitz,W,Feldhusen,J,Grote, Edition,Springer,Berlin,2007.

K,H,”Engineering Design”,3”

[Sevilla,2004] Manual de Fisioterapia. Módulo III. Traumatología, Afecciones cardiovasculares y otros campos de actuación, Primera edición, editorial Mad, España 2004

[Soto, 1996] Soto, V,M. y Gutiérrez, M. Revista Parámetros inerciales para el modelado biomecánico del cuerpo humano, 1996

[Ueda, 2005] Ueda Junio, Atsutoshi Ikeda, Tsukasa Ogasawara, "Grip Control de la fuerza de un objeto elástico por Margen de deslizamiento Evaluación basada en la visión durante el resbalón incipiente", IEEE Transactions on Robotics , Vol.21, No. 6, pp.1139- 1147, Diciembre 2005.

[Yamano, 2005] Yamano Ikuo, Maeno Takashi. Five Fingered Robot Hand using Ultrasonic Motors and Eleastic Elements. Intercional Conference on Robotics and Automation, Barcelona, 2005

119

ANEXO A

PARÁMETROS DE MASA EN MUESTRA MASCULINA Y FEMENINA

Parámetros inerciales aportados por de Leva (1996), adaptados de los datos de Zatsiorsky

y Seluyanov (1985), utilizando los datos antropométricos del ejército americano de los

EEUU del año 1988 y los centros articulares de Chandler et al. (1975).

Fuente: [Soto, 1996]

120

ANEXO B

121

ANEXO C

Propiedades del Filamento ABS

122

ANEXO D

a) Prótesis de mano y objeto cilíndrico en posición horizontal

𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10

𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = −𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = −𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25

Se realiza sumatorias de fuerzas en el eje x y en el eje y. �𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0

−𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 − 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 + 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 = 0

𝑁𝑁1(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 𝑁𝑁2 (𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25)

(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25) 𝑁𝑁1 = 𝑁𝑁2

(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 0,74𝑁𝑁2

(D.1)

�𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0

𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10 − 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 − 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 = 𝑊𝑊𝐶𝐶

𝑁𝑁1 (𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10) = 𝑊𝑊𝐶𝐶 + 𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)

[𝑊𝑊𝐶𝐶 + 𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)] 𝑁𝑁1 =

(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10) = 1,34𝑊𝑊𝐶𝐶 + 1,78𝑁𝑁2

(D.2)

Se igualan las dos ecuaciones D.1 y D.2

Se despeja N2

0,74𝑁𝑁2 = 1,34𝑊𝑊𝐶𝐶 + 1,78𝑁𝑁2

N2=-1,29Wo (D.3)

La ecuación D.3 se reemplaza en la ecuación D.1 y se obtiene La fuerza normal N1

N1=-0,95Wo (D.4)

123

𝑁𝑁1𝑥𝑥 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 𝑁𝑁1𝑥𝑥 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10

𝑁𝑁2𝑥𝑥 = −𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 𝑁𝑁2𝑥𝑥 = −𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25

Se realiza sumatorias de momentos �𝑀𝑀 = 0

𝑀𝑀 = 𝑊𝑊𝑁𝑁(38) − 𝑅𝑅𝑦𝑦(97) + 𝑅𝑅𝑥𝑥(51,5) (D.5)

�𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0

𝑅𝑅𝑥𝑥 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 + 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25=0 (D.6)


−𝑅𝑅𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 − 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 − 𝑊𝑊𝑁𝑁 − 𝑊𝑊𝐶𝐶 (D.7)

𝑅𝑅𝑦𝑦 = 4,05𝑁𝑁 (D.8)

Se reemplaza la ecuación D.6y D.8 en la ecuación D.5, y se obtiene el Momento.

𝑀𝑀 = 238,19𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁

124

b) Prótesis de mano posición vertical y objeto cilíndrico en posición horizontal

𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛35 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛10 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10

𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶25

Se realiza sumatorias de fuerzas en el eje x y en el eje y. �𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0

−𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 − 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 = 0

𝑁𝑁1 (𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10) = 𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)

[𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)] 𝑁𝑁1 =


(D.9)


−𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 − 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 + 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 = 𝑊𝑊𝐶𝐶

𝑁𝑁1(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 𝑁𝑁2 (𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25) − 𝑊𝑊𝐶𝐶 𝑁𝑁2(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25) − 𝑊𝑊𝐶𝐶

𝑁𝑁1 = (𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10)

= 0,74𝑁𝑁2 − 0,55𝑊𝑊𝐶𝐶 (D.10)


1,78𝑁𝑁2 = 0,74𝑁𝑁2 − 0,55𝑊𝑊𝐶𝐶

Se despeja N2

N2 = −0,53Wo (D.11)


N1 = −0,94Wo (D.12)

125

𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛35 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 𝑁𝑁1𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛10 𝑁𝑁1𝑦𝑦 = −𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10

𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 65 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 𝑁𝑁2𝑥𝑥 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 𝑁𝑁2𝑦𝑦 = 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶25

Se realiza sumatorias de momentos en O

�𝑀𝑀𝐶𝐶 = 0

𝑀𝑀 = −𝑊𝑊𝑁𝑁(38) − 𝑅𝑅𝑦𝑦(51,5) + 𝑅𝑅𝑥𝑥(97) (D.13)


𝑅𝑅𝑥𝑥 = −𝑁𝑁1𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛35−𝑁𝑁1𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10+𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65+𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛25 (D.14)


𝑅𝑅𝑦𝑦 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 + 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 10 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 + 𝑊𝑊𝐶𝐶 + 𝑊𝑊𝑁𝑁 (D.15)

Se reemplaza valores y se obtiene las reacciones

𝑅𝑅𝑦𝑦 = 13,83𝑁𝑁 (D.16)

𝑅𝑅𝑥𝑥 = −6,9𝑁𝑁 (D.17)

Se reemplaza la ecuación D.16y D.17 en la ecuación D.13, y se obtiene el Momento.

𝑀𝑀 = −1536,2𝑁𝑁𝑁𝑁

126

Agarre de un objeto cilíndrico en dirección Vertical

PLANO XZ

𝑁𝑁1𝑥𝑥 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 𝑁𝑁1𝑧𝑧 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 𝑁𝑁1𝑥𝑥 = 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10 𝑁𝑁1𝑧𝑧 = −𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10

𝑁𝑁2𝑥𝑥 = −𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 65 𝑁𝑁2𝑧𝑧 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65 𝑁𝑁2𝑥𝑥 = −𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 𝑁𝑁2𝑧𝑧 = 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25

Se realiza sumatoria de Momento en 1

�𝑀𝑀𝐶𝐶 = 0

𝑅𝑅𝑥𝑥1(51,5) − 𝑅𝑅𝑥𝑥2(51,5) = 0

𝑅𝑅𝑥𝑥1 = −𝑅𝑅𝑥𝑥2 (D.18)

Se realiza sumatorias de fuerzas en el eje x y en el eje z.


𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 35 + 𝑁𝑁1 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 65 − 𝑁𝑁2 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25 = 𝑅𝑅𝑥𝑥1 − 𝑅𝑅𝑥𝑥2

Se reemplaza D.18

𝑁𝑁1(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10) = 𝑁𝑁2 (𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 25) + 2𝑅𝑅𝑥𝑥1

𝑁𝑁2(𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶65 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶25) + 2𝑅𝑅𝑥𝑥1

𝑁𝑁1 = (𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶35 + 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶10)

= 0,74𝑁𝑁2 + 1,1𝑅𝑅𝑥𝑥1 (D.19)

�𝐹𝐹𝑒𝑒 = 0

−𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 − 𝑁𝑁1 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65 + 𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25 = 0

𝑁𝑁1(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 35 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 10) = 𝑁𝑁2 (𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25)

𝑁𝑁2(𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛65 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛 25) 𝑁𝑁1 =


(D.20)

127


0,74𝑁𝑁2 + 1,1𝑅𝑅𝑥𝑥1 = 1,78𝑁𝑁2

1,04𝑁𝑁2 = 1,1𝑅𝑅𝑥𝑥1

Se despeja N2

𝑁𝑁2 = 1,06𝑅𝑅𝑥𝑥1 (D.21)


𝑁𝑁1 = 2,16𝑅𝑅𝑥𝑥1 (D.22)

PLANO XY

𝐹𝐹𝐹𝐹1 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑁𝑁1 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑁𝑁2 𝑅𝑅𝑦𝑦1 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑅𝑅𝑥𝑥1 𝑅𝑅𝑦𝑦2 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑅𝑅𝑥𝑥2

Se realiza sumatorias de momentos en O �𝑀𝑀𝐶𝐶 = 0

−𝐹𝐹𝐹𝐹1(30) − 𝐹𝐹𝐹𝐹1(30) + 𝐹𝐹𝐹𝐹2(30) + 𝐹𝐹𝐹𝐹2(30) − 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) + 𝑅𝑅𝑦𝑦1(101)

+ 𝑅𝑅𝑦𝑦2(101) = 0 (D.23)

−2𝐹𝐹𝐹𝐹1(30) + 2𝐹𝐹𝐹𝐹2(30) − 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) + 𝑅𝑅𝑦𝑦1(101) + 𝑅𝑅𝑦𝑦2(101) = 0

−2(𝜇𝜇𝑒𝑒𝑁𝑁1)(30) + 2(𝜇𝜇𝑒𝑒𝑁𝑁2)(30) − 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) + 𝜇𝜇𝑒𝑒𝑅𝑅𝑥𝑥1(101) + 𝜇𝜇𝑒𝑒𝑅𝑅𝑥𝑥2(101) = 0

−2(𝜇𝜇𝑒𝑒𝑁𝑁1)(30) + 2(𝜇𝜇𝑒𝑒𝑁𝑁2)(30) − 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) + 𝜇𝜇𝑒𝑒𝑅𝑅𝑥𝑥1(101) − 𝜇𝜇𝑒𝑒𝑅𝑅𝑥𝑥1(101) = 0

−2𝜇𝜇𝑒𝑒(2,16𝑅𝑅𝑥𝑥1)(30) + 2𝜇𝜇𝑒𝑒 (1,06𝑅𝑅𝑥𝑥1)(30) − 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) = 0

(D.24)

128

𝑅𝑅𝑥𝑥1 𝑊𝑊𝑁𝑁(39) = 0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 =

(−66𝜇𝜇 ) −

𝜇𝜇 𝑒𝑒 𝑒𝑒

𝑅𝑅𝑥𝑥2 𝑊𝑊𝑁𝑁(39)

=0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 =

(66𝜇𝜇 ) 𝜇𝜇 𝑒𝑒 𝑒𝑒

(D.25)

𝑊𝑊𝑁𝑁(39) 𝑅𝑅𝑦𝑦1 = − = −0,59𝑊𝑊𝑁𝑁

66

(D.26)

𝑊𝑊𝑁𝑁(39) 𝑅𝑅𝑦𝑦2 = 0,59𝑊

= 𝑁66

𝑊𝑁

(D.27)

0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 0,63𝑊𝑊𝑁𝑁 𝑁𝑁2 =1,06�− �= −

𝜇𝜇𝑒𝑒 𝜇𝜇𝑒𝑒

(D.28)

0,59𝑊𝑊𝑁𝑁 1,27𝑊𝑊𝑁𝑁 𝑁𝑁1 =2,16�− �= −

𝜇𝜇𝑒𝑒 𝜇𝜇𝑒𝑒

(D.29)

𝐹𝐹𝐹𝐹1 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑁𝑁1=−1,27𝑊𝑊𝑁𝑁 (D.30)

𝐹𝐹𝐹𝐹2 = 𝜇𝜇𝑒𝑒 𝑁𝑁2=−0,63𝑊𝑊𝑁𝑁

(D.31)

129

ANEXO E

Coeficiente de fricción

Experimento: Determinación del coeficiente de fricción estático mediante la

determinación del ángulo crítico.

Equipos y materiales:

Un tablero de aluminio

Un transportador

Superficie de madera

Superficie de plástico PVC

Superficie de vidrio

Superficie de PET

Gel de Silicona A1500 con superficie de Acrilico

Gel de Silicona A1500 con superficie de ABS

Gel de silicona A1500 con superficie de PLA

Imágenes: Figura D.1. Materiales y Equipos

Tablero de aluminio Transportador

Tablero metálico

Superficie de madera

130

Superficie de vidrio Superficie de plástico

Superficie de acero Galvanizado

Silicona A1500 con superficie PLA

Superficie de PET

Silicona A1500 con superficie Acrilico

Silicona A1500 con superficie ABS

131

Procedimiento:

1. Ubicar los materiales como se mostró anteriormente.

2. Colocar los objetos de diferente material sobre el tablero y lentamente aumentar el

ángulo de inclinación

3. Anotar el ángulo de inclinación con el Indicador de ángulo.

4. Calcula en valor de 𝜇𝜇𝑒𝑒 mediante el análisis estático

Figura B.2. Ubicación de materiales

Desarrollo de análisis estático del coeficiente de fricción

El experimento consiste en un plano inclinado al que se le puede variar el ángulo sobre

el que se pone un bloque (madera, vidrio, acero galvanizado, PVC, cartón). Como se

muestra en la Figura C.3. A medida que se varía, el ángulo va siendo registrado.

Figura B.3. Componentes paralela y perpendicular del peso al plano inclinado

Cuando el ángulo llega al punto crítico el bloque empieza a moverse. Esta condición

detiene la medición de tal forma que el último ángulo registrado corresponde al ángulo

132

crítico. La tangente de este ángulo corresponde al coeficiente de fricción estático. A

continuación, se presenta el desarrollo que permite llegar a esa conclusión:


𝑁𝑁𝑔𝑔 sin 𝜃𝜃 − 𝐿𝐿 = 0 (D.1) Despejando la fuerza f

𝐿𝐿 = 𝑁𝑁𝑔𝑔 sin 𝜃𝜃 (D.2)


𝑛𝑛 − 𝑁𝑁𝑔𝑔 cos 𝜃𝜃 = 0 (D.3)

Se conoce que la fuerza de rozamiento es igual a la fuerza normal por el coeficiente

estático.

𝐿𝐿 = 𝑛𝑛𝑢𝑢𝑒𝑒 (D.4)

Entonces reemplazando la ecuación (15) en (13) se tiene:

𝑛𝑛𝑢𝑢𝑒𝑒 = 𝑁𝑁𝑔𝑔 sin 𝜃𝜃 (D.5)

La ecuación (14) se reemplaza en la (16)

𝑁𝑁𝑔𝑔 cos 𝜃𝜃 𝑢𝑢𝑒𝑒 = 𝑁𝑁𝑔𝑔 sin 𝜃𝜃 (D.6)

Se despeja de la ecuación (17) el coeficiente estático 𝑢𝑢𝑒𝑒

𝑁𝑁𝑔𝑔sin𝜃𝜃 𝑢𝑢𝑒𝑒 =

𝑁𝑁𝑔𝑔 cos 𝜃𝜃 (D.7)

Entonces se tiene:

𝑢𝑢𝑒𝑒 = 𝑙𝑙𝑀𝑀𝑛𝑛 𝜃𝜃 (D.8)

A continuación, se muestra la Tabla D.1 de los coeficientes de fricción determinados

entre el gel de silicona Platino A1500 y los materiales de madera, plástico, vidrio, acero

galvanizado y cartón.

133

Tabla D.1. Coeficiente de fricción estático del gel de silicona A1500 con respecto a otros materiales

Gel de silicona A1500 de superficie ABS

Madera

Ángulo: 64º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =2.05

Vidrio

Ángulo: 45º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =1

Acero galvanizado


Plástico PVC Ángulo: 39º

𝜇𝜇𝑒𝑒 =0.8

Cartón

Ángulo: 62º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =1,88

PET Ángulo: 68º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =1,88

134

Gel de silicona A1500 de superficie Acrílico

Madera


Vidrio


Acero galvanizado

Ángulo: 89 𝜇𝜇𝑒𝑒 =57,30

Plástico PVC Ángulo: 89º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =57,30

Cartón


PET


135

Gel de silicona A1500 de superficie PLA

Madera


Vidrio


Acero galvanizado

Ángulo: 91 𝜇𝜇𝑒𝑒 =57,28

Plástico PVC Ángulo: 88º 𝜇𝜇𝑒𝑒 =28.64

Cartón


PET

Ángulo:80 𝜇𝜇𝑒𝑒 =5,7

En conclusión, del experimento se determinó que la silicona es la más óptima para la

sujeción del objeto es la silicona de superficie lisa, por obtener un coeficiente alto, el

cual ayuda para que el objeto a sujetado no resbale.

136

ANEXO F

Propiedades de la Silicona Platino A1500

137

ANEXO G

COTIZACIONES

86

12 9

7

10

1

CORTE A-A

ESCALA: 5:1

10

8

9

CORTE B-B

ESCALA: 5:1

3

4 2

5

12

A

B

A

B

6

12 1 Cuerda trenzada 8 hebras ASSO

PARTS LIST

Sedal D= 0,36mm,Cap30Kg

11 3 Tornillo cabeza plana avellanada M2x8 ISO 7046-1 AISI 4140

10

9

8

11 7 6

5

4

3

2

1 1

8 Anillo de retención dedos-palma3x0.4

8 Rodamiento de bolas unión dedo-palma

1 Eje unión meúique-palma

3 Eje unión índice,medio,anular con palma

1 Subensamble dedo pulgar

1 Subensamble dedo meúique

1 Subensamblededoanular

1 Subensamblededomedio

1 Subensamblededo índice

1 Subensamble palma

DIN 471

ISO 3290

AISI 304

AISI 304

AISI 304

Db=9,De=7,Di=3,e=3

Plano 07-A2-E

Plano 06-A2-E

Plano 05-A2-E

Plano 04-A2-E

Plano 03-A2-E

Plano 02-A0-E

POS. CANT. DESCRIPCIÓN NORMA MATERIAL OBSERVACIONES

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA EN INGENIERNA MECÁNICA

MNTODO DE PROYECCIÓN ESCALA

MECANISMO DE DEDO DE 2 DOFS

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA

PARA PRÓTESISMIOELNCTRICA

TRANSRADIAL

20163851 ABARCA PINO VICTORIAELIZABETH

2:1

FECHA: 12/12/2017

LÁMINA: 01- A0-E

21

6

13

3

35 34 32 33

19 17 26 19

18

29 16

13

CORTE A-A

CORTE B-B

30

31 30

C 86

A

25

27

14

26

21

22

24 23

15

A

26 B B

17 20 16

VISTA SIN TARJETA ELECTRÓNICA

13

C CORTE C-C

COTA

NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA

11

9

40

PART

Cuerda trenzada 8 hebras extensión

LIST

35 1 Sedal Para todas las

falanges 2

34 1 Cuerda trenzada 8 hebras extensión Sedal Para todas las

falanges 1

33 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Para todas las

falanges 2

32 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Para todas las

falanges 1

31 1 Cuerda trenzada 8 hebras aducción Sedal Dedo índice, anular y

meúique

30 1 Cuerda trenzada 8 hebras abducción Sedal Dedo índice, anular y

meúique

29 1 Tarjeta electrónica circuito electrónico

28 5 Prisionero M1.2x6 DIN 551 Acero A1

27 4 Tornillo cabeza plana M1.2x4 DIN 920 AISI 304

26 10 Tornillo cabeza cilíndrica M2x12 DIN 912 AISI 4140

25 9 Tornillo cabeza plana avellanada M2x8 ISO 7046-1 AISI 304

24 1 Soporte micro motor medio Plástico ABS Z-ULTRAT

23 1 Soporte micro motor meúique Plástico ABS Z-ULTRAT

22 1 Soporte micro motor anular Plástico ABS Z-ULTRAT

21 1 Soporte micro motor índice Plástico ABS Z-ULTRAT

20 1 Soporte micro motor abducción Plástico ABS Z-ULTRAT

19 5 Rodamiento de bolas con brida Db=9,De=7,Di=3,e=3

638/3-2Z

18 4 Polea de flexión Plástico ABS Z-ULTRAT

17 1 Polea de abducción Plástico ABS Z-ULTRAT

16 5 Micro motorreductor 297:1 de Pololu,100rpm,0,49Nm

10x12x26mm

15 1 Dorso Plástico ABS Z-ULTRAT

14 1 Palma parte superior Plástico ABS Z-ULTRAT

13 1 Palma parte inferior Plástico ABS Z-ULTRAT


PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA EN INGENIRNA MECÁNICA


SUBENSAMBLE PALMA 5:1

20163851 ABARCA PINO VICTORIA ELIZABETH FECHA:

12-12-2017

LÁMINA: 02-A0-E

41 41

43 43

44 44 39 39

CORTE A-A CORTE B-B

44

42 13

40

CORTE C-C

16

D

38

PARTS LIST

45

A A

45 2 37 44 6

43 2

42 1

41 2

40 2

39 4

38 1

Sensor hall

Anillo de retención 3X0.4

Imán diametral

Eje abducción

Eje flexión

Rodamiento de bolas conbrida

638/3-2Z

Rodamiento de bolas 638/3-2Z

Falange índice2

DIN 471

ISO 3290

ISO 3290

AISI 304

Neodimio

AISI 304

AISI 304

AISI 52100

AISI 52100

Plástico ABS

Circuito integrado

De=6, Di=3, e=1

B=9,De=7, Di=3, e=3

De=7, Di=3, e=3

Altura capa 0,09mm B B 46 37 1

36 1

Falange índice1 Abducción índice

Plástico ABS Plástico ABS

Altura capa0,09mm

Altura capa 0,09mm

42 36

40

C C

29 49


PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- INGENIERNA MECÁNICA


47

D 50

CORTE D-D

COTA

NOMINAL

48

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA

SUBENSAMBLE DEDO NNDICE

20163851 ABARCA PINO VICTORIA ELIZABETH

2:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA: 03-A2-E

97

33

50 1 Cuerda trenzada 8 hebras- flexión Se dal falange índice2,

D=0.36mm, cap. 30kg

49 1 Cuerda trenzada 8 hebras- flexión Se dal falange índice1,

D=0.36mm, cap. 30kg

48 1 Cuerda trenzada 8 hebras- extensión Se dal falange índice2

D=0.36mm, cap. 30kg

47 1 Cuerda trenzada 8 hebras- extensión Se dal falange índice1,

D=0.36mm, cap. 30kg

46 14 Tornillo cabeza plana M1.2x4 DIN 920 AIS I 304

54 58 54 58

56

59 56 59

CORTE A-A CORTE B-B

59

57

55

16

CORTE C-C

D

53

PARTS LIST

60 A A

52

B B 61

57

51

59

C C PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- INGENIERNA MECÁNICA

62 64

D 63 65

CORTE D-D

COTA

NOMINAL

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA


SUBENSAMBLE DEDO MEDIO 2:1

ABARCA PINO VICTORIA ELIZABETH FECHA:

12-12-2017

LÁMINA: 04- A2-E

13

10

8

32

20163851

65 1 Cuerda trenzada 8 hebras-extensión Sedal Falange medio2,

D=0,36mm, Cap.30Kg

64 1 Cuerda trenzada 8 hebras-extensión Sedal Falange medio1,

D=0,36mm, Cap.30Kg

63 1 Cuerda trenzada 8 hebras-flexión Sedal Falange medio2,

D=0,36mm, Cap.30Kg

62 1 Cuerda trenzada 8 hebras-flexión Sedal Falange medio1,

D=0,36mm, Cap.30Kg

61 12 Tornillo cabeza plana M1.2x4 DIN 920 AISI 304 60 2 Sensor hall Circuito integrado

59 6 Anillo de retención 3x0.4 DIN 471 AISI 304

58 2 Imán diametral Neodimio De=6, Di=3, e=1

57 1 Eje abducción AISI 304

56 2 Eje flexión AISI 304

55 2 Rodamiento de bolas conbrida ISO 3290 AISI 52100 B=9, De=7, Di=3,e=3

638/3-2Z 54 4 Rodamiento de bolas 638/3-2Z ISO 3290 AISI 52100 De=7, Di=3, e=3

53 1 Falange medio2 Plástico ABS Z-ULTRAT

52 1 Falange medio1 Plástico ABS Z-ULTRAT

51 1 Abducción medio Plástico ABS Z-ULTRAT


97

72

74 71

71 74 74

74 69 69 73 70

CORTE A-A CORTE B-B CORTE C-C

16

D

68

80 1

79 1

Cuerda trenzada 8 hebra extensión

Cuerda trenzada 8 hebra extensión

PARTS LIST

Sedal

Sedal

Falange anular2,

D=0,36mm, Cap.30Kg

Falange anular1,

D=0,36mm, Cap.30Kg

C C

77 79


D PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA INGENIERNA MECÁNICA

78 80 MNTODO DE PROYECCIÓN ESCALA

CORTE D-D

COTA

NOMINAL

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA

SUBENSAMBLE DEDO ANULAR


2:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA: 05- A2-E

13

33

75 78 1 Cuerda trenzada 8 hebra flexión Sedal Falange anular2,

A A D=0,36mm, Cap.30Kg 77 1 Cuerdatrenzada 8 hebrasflexión Sedal Falange anular1,

D=0,36mm, Cap.30Kg

76 14 Tornillo cabeza plana M1.2x4 DIN 920 AISI 304 75 2 Sensor hall Circuito integrado 67 74 6 Anillo de retención 3x0.4 DIN 471 AISI 304 73 2 Imán diametral Neodimio D6=6, Di=3, e=1 72 1 Eje abducción AISI 304 71 2 Eje flexión AISI 304

70 2 Rodamiento de bolas conbrida ISO 3290 B=9, De=7,Di=3,e=3 B B 76 638/3-2Z

69 4 Rodamiento de bolas 638/3-2Z ISO 3290 De=7, Di=3, e=3

66 68 1 Falange anular2 Plástico ABS Z-ULTRAT 67 1 Falange anular1 Plástico ABS Z-ULTRAT 66 1 Abducción anular Plástico ABS

89 88 87 88

89 84

84 87

CORTE A-A CORTE B-B

89

13 88 90

85

16 CORTE C-C

D

93 95 1

94 1

Cuerda trenzada 8 hebrasextensión

Cuerda trenzada 8 hebrasextensión

PARTS LIST

Sedal

Sedal

Falange meúique2,

D=0,36mm, Cap.30Kg

Falange meúique1,

83 9 D=0,36mm, Cap.30Kg

91

A A 86

82 92

B B

81


PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ C C ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA EN INGENIERNA MECÁNICA


D

CORTE D-D

COTA

NOMINAL

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA

SUBENSAMBLE DEDO MENIQUE


2:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA: 06- A2-E

90

34

5 93 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Falange meúique2,

D=0,36mm, Cap.30Kg 92 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Falange meúique1,

D=0,36mm, Cap.30Kg

91 3 Sensor hall Circuito integrado 90 1 Eje abducción meúique AISI 304 89 6 Anillo de retención 3x0.4 DIN 471 AISI 304 88 3 Imán diametral Neodimio De=6, Di=3, e=1 87 2 Eje Flexión AISI 304

94 86 16 Tornillo de cabeza plana M1.2x4 DIN 920 AISI 304 85 2 Rodamiento de bolas con brida ISO 3290 AISI 52100 B=9,De=7,Di=3,e=3

638/3-2Z 84 4 Rodamiento de bolas 638/3-2Z ISO 3290 AISI 52100 De=7, Di=3, e=3 83 1 Falange meúique2 Plástico ABS Z-ULTRAT 82 1 Falange menique1 Plástico ABS Z-ULTRAT 81 1 Abducción meúique Plástico ABS Z-ULTRAT

60

83

82 105

80

97 102

103

104

CORTE A-A

CORTE B-B

59

148

D

97

97

A A

96

97

B B 108

96

60

60

101

100

107

109 111 D

110 112 PARTS LIST

112 1 Cuerda trenzada 8 hebras extensión Sedal Falange pulgar2,

D=0,36mm,Cap.30Kg

111 1 Cuerda trenzada 8 hebras extensión Sedal Falange pulgar1,

D=0,36mm,Cap.30Kg CORTE D-D 110 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Falange pulgar2,

D=0,36mm,Cap.30Kg

109 1 Cuerda trenzada 8 hebras flexión Sedal Falange pulgar1,

D=0,36mm,Cap.30Kg

108 4 Tornillo cabeza plana M1.2 x 4 DIN 920 AISI 304 107 2 Tornillo de cabeza cilíndrica M2 x 12 DIN 912 AISI 4140 106 2 Sensor hall Circuito integrado

105 4 Anillo de retención 3x0.4 DIN 471 AISI 304 104 2 Imán diametral Neodimio 103 4 Rodamiento de bolas 638/3-2Z De=7, Di=3,e=3

102 2 Eje flexión AISI 304 101 1 Polea flexión Plástico ABS Z-ULTRAT

100 1 Soporte micro motor pulgar Plástico ABS Z-ULTRAT

99 1 Micro motorreductor 297:1 de

10x12x26mm

100Rpm, 0.49Nm

98 1 Falange pulgar2 Plástico ABS Z-ULTRAT

97 1 Falange pulgar1 Plástico ABS Z-ULTRAT

96 1 Soporte dedo pulgar Plástico ABS Z-ULTRAT


PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO - MAESTRNA EN INGENIERNA MECÁNICA


99

COTA NOMINAL

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA

SUBENSAMBLE DEDO PULGAR


5:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA:

07- A1-E

10

0

60

67

18

47

,3

40

8

0,5

42

31

,8

17

8

0,5

24

34

100

3 20

83

43 20

3

Ø 1,2(2x)

4

5,5 5,5

13 20

86

53 20

DETALLE A

ESCALA 5 : 1

20,5 9,6

20,5

6,9

20,5

9,6 6,9 A B C D 9,6 6,9

5,2

5,2

5,2

A 2

2 2

2

4,7 15,9

A B C D

CORTE A-A

1 4,5

8,5

1 4,5 1 4,5

8,5 8,5

23 2,5 2,5

40,6 2,5

60,6

ITEM: 14

CORTE C-C

CORTE B-B

CORTE D-D

4,5

63 2,5

81,4 4,6

DENOMINACIÓN: PALMASUPERIOR

CANTIDAD: 1

REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1

86

25,3 2

19,3 2

8,8

6,3 E

2 24,8

2 18,8

8,8

6,3

B

65˚

DETALLE A

ESCALA 10 : 1

2 1 D

D

5,4

B

2,8

DETALLE B

ESCALA 10 : 1

6,3

8,8

4

19,3 2 2 18,8

6,3

8,8

4,7

3 6,3 13,5

10,6

Ø2

CORTE B-B

11,5

25,3 2

33

2 24,8

33

38,5

2,7

CORTE D-D

23,6 14,4 17,6 22,4

25

6,5 7 7 6,5

4,7 18,3 A

43

18,4 4,6

7,8

5,3

4

2

60

20 20

86

A C

R2,5(5x)

C

CORTE C-C

ESCALA: 5:1

10,9

4,7

4,7 7

CORTE C-C

8 A

C C

C

2,4

2,8

B

3

3,6

6

10,2 6

2

8,8

3,5

DETALLE C

ESCALA 5 : 1

2 2

3,5

2

3,5x6=17,5

B B

A

16,8 9,2 34

3,5

9

15

6,7 11

A

6,2 12 12

3,5

20

CORTE A-A

ITEM: 13

DENOMINACIÓN: PALMA INFERIOR

CANTIDAD: 1


DETALLE E

ESCALA 5 : 1

CORTE A-A ACABADO SUPERFICIAL TOLERANCIA GENERAL MATERIAL

52,4 FDM

45 Ø2

Deposición fundida +

0,2mm -

PLÁSTICO ABS

CORTE B-B

ITEM: 15

DENOMINACIÓN: DORSO CANTIDAD: 1

65˚ REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA



ITEM 13, 14 Y 15 2:1

20163851 ABARCA PINO VICTORIAELIZABETH FECHA:

12-12-2017

LÁMINA:

08- A0-D

38

,4

37

7

,8

10

,5

3,8

1

2,5

10

,5

4,5

25

5

,3

15

,5

7,5

7

3

1

,5

2

9

6

5

2,4

3,6

9,6

5,1

7,6

2

12

,7

4

3,5

4

,5

4

5,5

7

,2

8,5

9,5

1

0,7

19

,5

10

,5

65˚

29

,8

8,5

5

15

2

,4

30

3

4

8

10

,4

Ø2

Ø

2

3,6

69

,7

8,5

1

0,8

3

5

6

26

,3

77

,7

49

,3

8,5

7

19

,1 8

,1

Ø2

12

,8

28

,3

8,5

3

5

6

11

15

4

3,3

36

7,2

2

5,8

9

8,5

1

1

7,3

39

25

24

22

8

6,2

8,5

4

1

0,5

4

,7

6,8

8

,5

3

5

6

13

,3

5

23

5

3

8

3,6

1

5,1

7

19

3

2

9

8

4,8

34

,2

2

3

4,3

20

5

,5

30

2

6,2

64

,2

2,6

1

2

11

,5

5,3

5

7,1

8,5

1

7,4

28

6

2,5

12,9

13,7

A 5,3 6,2

Ø1,8

Ø1,8

A

4,3 2,5

6,7

8,5

5,8

8 2,5

16

16,5

ITEM: 38

DENOMINACIÓN: FALANGE NNDICE2

CANTIDAD: 1

REDONDEOS NO ESPECIFICADOS: R1

CORTE A-A

17

16 8,9 16 16

7 6,4 5,6 14,4

7 10

17,1

15,5

7,8

1 3 3,9

A 3,5

4,6

1 2 2,4 6,5

1 3 6,5

A 5 2,6

1 1

2,5 2,5 2,5 2,5

2 2

5,4

2

4 8 3,5

2

3,5

1,5 Ø1,5

1,5

R1,5(4x)

7,7

2,5

Ø1,5

1

Ø1,5

1

Ø1,5

4 Ø1,5

Ø1,5

Ø1,5

A

2,5 11

7,5 7

28,8

3,5

CORTE A-A

10,4

4,3 2,5 A

8

6,9

18,2 CORTE A-A

3,8 ITEM: 36

DENOMINACIÓN: ABDUCCIÓN NNDICE CANTIDAD: 1


ACABADO SFUDMPERFICIAL TOLERANCIA GENERAL MATERIAL

100 Deposición Fundida

+

-0,2mm PLÁSTICO ABS

ITEM: 37

DENOMINACIÓN: FALANGE NNDICE1

CANTIDAD: 1 REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO - MAESTRIA EN INGENIERNA MECÁNICA


ITEM 36, 37 Y 38 5:1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA


12-12-2017

LÁMINA:

09- A0-D

30

15

2,1

51

,1 4

3,9

24

3,3

12

,5

5

15

7

,7

13

,4

20

21

,3

1,5

28

33

,5 3

7

4,3

32

,5

31

,2

21

,3

6,7

20

25

,1

12

,9

2,1

35

,1 39

,2 45

,1

17

14

,9

7

32

,6

30

,8

29

,2

22

,1

14

,7

12

13

,4

7,7

3,3

5

5

7,1

22

29

,7

35

,1

4,5

43

,9

Ø9

3,4

Ø

7,2

-

13,7

A 5,3

6,2

4,3 2,5

8

A

3,6

16

ITEM: 53

DENOMINACIÓN: FALANGE MEDIO2

CANTIDAD: 1


6,6 5,5

8,5

16,5

CORTE A-A

17

8,9

16

7 6,4

3,9

5,5

14,4 1 3 A

3,5

4,5

1 2

2,4 6,5

16

16,1 7

10

15,5 1

1 3 A 5

4,6

1

2,5 2,5

2 2

7,6 2,5 2,5 2,5

2 2

1,5

1,5 1,5

Ø1,5 4

Ø1,5

Ø1,5

Ø1,5

A 7,5 7

8 28,4

3,5

18,5

CORTE A-A

A 4,3 2,5

8

6,9

18,2

CORTE A-A

ITEM: 51

DENOMINACIÓN: ABDUCCIÓN MEDIO

CANTIDAD: 1




ITEM: 52

+0,2mm PLÁSTICO ABS

DENOMINACIÓN: FALANGEMEDIO1

CANTIDAD: 1




ITEM 51, 52 Y 53 5:1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA


12-12-2017

LÁMINA:

10- A0-D

17

,8

2,1

56

,1 4

8,7

27

,8

3,3

15

,5

5

5

7,2

4,9

1

7,8

8,2

13

,3

25

33

,1

1,5

3

5,5

38

,4

21

,5

8,5

36

4,2

4

2

37

,6

26

,3

8,9

25

30

2

,1

7

40

,1

28

4

4,2

50

,1

37

,6

35

,8

34

,2

27

,1

14

,8

13

,4

8,2

3,3

5

7,1

6

11

22

23

,2

Ø9

2

,5

34

,2

40

4

,8

48

,9

3,4

7

,2

30

17

,4

12

,9 1

7

14

,9

12

5

13,7

4,3 2,5

12,9

A

A

11,6

6,2

3,9

8

11,5

16

CORTE A-A

ITEM: 68

DENOMINACIÓN: FALANGEANULAR2

CANTIDAD: 1


17

16 15

8 13,9

7 5,4 7

1 3 3,9

3,5

14,4

2,4 6,5

16,1

15

28,7 A

16

8

7 1 1 3

A

6,5

5

17,1

15,5

25,3

2,5 2,5

1 2 2

7,7 2,5

1,5 1,5

4 1 1

Ø1,5 Ø1,5 Ø1,5

Ø1,5

A

4,3 2,5

8

6,9

18,2

3,8

A

ITEM: 66

7,5 7

29,6

3,5

CORTE A-A

11,1

CORTE A-A DENOMINACIÓN: ABDUCCIÓN ANULAR CANTIDAD: 1 ACABADO SU

FDPMERFICIAL TOLERANCIA GENERAL MATERIAL

REDONDEOS NO ESPECIFICADOS: R1 100 Deposición Fundida

+


ITEM: 67

DENOMINACIÓN: FALANGE ANULAR1

CANTIDAD: 1



REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1 ITEM 66, 67 Y 68 5:1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA


12-12-2017

LÁMINA:

11- A0-D

15

2,1

51

,1 4

3,7

24

3,3

5

12

,5

5

7,1

5,1

15

7

,7

13

,4

20

28

1,5

37

41

,2

8,5

37

,1

32

,6

21

,3

8,9

20

25

,1

35

,1

2,1

3

9,5

43

,9

28

45

,1

40

,8

7

30

,7

29

,2

22

,8

22

,1

14

,7

13

,4

7,7

3,2

5

7,1

6

1

8,6

29

,2

35

,1 3

9,5

Ø9

2

,5

3,4

10

,6

Ó N

100

13,7

12,9

A

5,3

6,2

4,5

Ø1,8

11,5

4,4

4,3 2,5 A 6,5 5,5

8 2,5

11,4

16

8,7

16,5

CORTE A-A

ITEM: 83

DENOMINACIÓN: FALANGE MENIQUE2

CANTIDAD: 1


1,5

1,5

16 17

7 8,9

1 3 6,4

3,9

5,6

4,6

14,4

2 1

8 5

13,3

A 3,5 1 2 2,4 6,5 16

8 16

10

CORTE B-B

1 1 3

7 8

7,5

A 6,5

5 B

18

15,5

22,7

5,4

2,5 2,5

2 2 1

7 7,7 2,5

1,5

1,5

4

1,5 Ø1,5

1

Ø1,5 1

Ø1,5

4,3 2,5

A

8

6,9

18,2

CORTE A-A

9,3

7,5 7

A 30,5

B

3,5

12

CORTE A-A

ITEM: 82 DENOMINACI N: FALANGEME IQUE1

ITEM: 81

DENOMINACIÓN: ABDUCCIÓNMENIQUE

CANTIDAD: 1

ACABADO SUPERFICIAL TOLERANCIA GENERAL MATERIAL

CANTIDAD: 1 REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1

REDONDEOSNO ESPECIFICADOS: R1 FDM Deposición Fundida

+




ITEM 81, 82 Y 83 5:1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA


12-12-2017

LÁMINA:

12- A0-D

14

,5

42

,1

2,1

3

7,7

21

8,6

13

,4 1

7

18

,3

3,3

2

5

11

,8

5

5

29

,6

34

7

,1

37

,9

14

,5

34

29

,5

27

,3

18

,3

1,5

12

8

,5

16

17

22

,2

32

,1 36

,2

42

,1

29

,6

26

,6

26

,2

19

,1

14

,8

2,1

12

,9

13

,4

28

8

,6

4

17

14

,9

9

12

1

5,9

26

,3

32

,1 3

6,5

40

,9

3,3

5

7,1

8

4

22

3,4

7

,2

12

8

Ø9

2

,5

3,1

3,8

4,8

10

,3 14

,1

3 4,8

16

45

,3

4,9

ó

-

36,5

30

41,1 10,1

8

A

4,7

3,2

1,9

22,7

10,1

0,5 R41,2

A

4,2 2,5

11,4

6,5

7,8

10

17,8

ITEM: 98

DENOMINACIÓN: FALANGE PULGAR2

CANTIDAD: 1


CORTE A-A

25,8

32,5

37,2

41,8 19,8

67,9

CORTE A-A

23

18

7 8

7,5

18

16,1

13,5 1,5

18

15,5

13,5 29,8 1,8 2 22,1 1 3 B 5 10

4,6 3,5

7,5 3 20 5,1 2 18

1

1

3,4 3,6 8,8 2,5

1,5

1,5

4

A

A

B

8 4,3 2,5

B

CORTE B-B

18 18

9,8

64,8

48,3

57,9

B

64˚

5

ITEM: 97

DENOMINACIÓN: FALANGE PULGAR1

CANTIDAD: 1 REDONDEOS NO ESPECIFICADOS: R1


FDM 100 Deposici n Fundida

+ 0,2mm

PLÁSTICO ABS

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO - MAESTRNA EN INGENIERNA MECÁNICA


ITEM: 96

DENOMINACIÓN: SOPORTEPULGAR

CANTIDAD: 1


2

2,5

CORTE B-B

COTA

NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA

ITEM 96, 97 Y 98


5:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA:

13- A0-D

12,2

37

,4

25

22

,2

4,5

39

,4

12

,3

24

,3

31

,8

48

56

,1

3,8

4,4

8,6

17

,6 21

32

,9

17

,8

8,6

2,1

12

21

,3 2

6,3

30

,6

32

32

,9

30

,4

28

,3

17

,2

3,3

1

0,2

1

2

5

5

8,6

4,2

7

,1

1,5

12

18

,2

15

,9

8,5

28

0,5

10

,1

0,5

5,7

11

,1

0,5

21

Ø4 Ø4

20

Ø4 Ø4

20

Ø4 Ø4

2 2 2

2 2 2

5 5

6 5 5 5

CORTE A-A CORTE A-A CORTE A-A

7 8

2,5 3

15,1

14,1

7

2,5

7

2,5 15,1 7 7

2,5 2,5 15,1

A A

A A A A

2,5

6,3

2,5

8,5

2,5

8,5

ITEM: 21

DENOMINACIÓN: SOPORTE MICRO MOTOR NNDICE

CANTIDAD: 1

ITEM: 24

DENOMINACIÓN: SOPORTE MICRO MOTORMEDIO

CANTIDAD: 1

ITEM: 22

DENOMINACIÓN: SOPORTEMICROMOTOR ANULAR

CANTIDAD: 1

21

Ø4 Ø4

22,2

Ø4 Ø4

23,8

Ø4 Ø4

2 2

2 2

2 2

6 5 6 6 6 6

CORTE A-A

CORTE A-A

CORTE A-A

8 7

3 2,5

15,1

3,6

3,6 13,1

8 8 8,7 A A 3,5 3,5

A A

A A

1

2,6 2,5 5,4

ITEM: 23

DENOMINACIÓN: SOPORTEMICRO MOTORMENIQUE

CANTIDAD: 1

ITEM: 100

DENOMINACIÓN: SOPORTEMICROMOTOR PULGAR

CANTIDAD: 1

ITEM: 20

DENOMINACIÓN: SOPORTEMICRO MOTORABDUCCIÓN

CANTIDAD: 1



+

- 0,2mm PLÁSTICO ABS



ITEM 20, 21, 22, 23, 24

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA

Y 100


5:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA:

14-A0-D

10

,1

3

2

2

2

2

4,5

10

,5

1,5

6,5

1

1,1

10

,5

15

,5

13

,7

2

2

2

0,5

2

4,5

6,5

12

,5

6,7

5

,5

11

17

,5

4,7

2

4,8

2

2

2

11

,1

4,5

10

,7

4,7

9

,1

9,7

15

,7

14

,7

0,2mm Á ó

21

18

14,5

11

9,2

7,5

A 2,4

Ø1,2

1,5

1,5 2,5

1

1,2

1,5

Ø1 A

25˚(x4)

ITEM: 18

DENOMINACIÓN: POLEAFLEXIÓN CANTIDAD: 5 REDONDEOS NO ESPECIFICADOS R0,5

CORTE A-A

18

28

25

21,5

14,5

11

A

2,4

4

1,6

10,5

7,5

1,5

1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

1,5 1,5

28˚(x6)

ACABADO SUPERFICIAL TOLERANCIA GENERAL MATERIAL FDM

100 Deposici n Fundida + PL STICO ABS -

Ø1,2 A

Ø1,2 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA EN INGENIERNA MECÁNICA


ITEM: 17

DENOMINACIÓN: POLEAABDUCCIÓN

CANTIDAD: 1 REDONDEO NO ESPECIFICADOSR0,5

CORTE A-A

COTA

NOMINAL

COTA

MÁXIMA

COTA

MNNIMA

ITEM 17 Y 18


5:1

FECHA: 12-12-2017

LÁMINA:

16-A2-D

1,2

0,4

1

0,7

1

Ø3

1

,8

2,9

4

4,4

Ø3

2,5

3

,5

FDM

11,6

0,3 0,3

ITEM: 41

DENOMINACIÓN: PASADOR FLEXIÓN CANTIDAD: 10

0,5 0,5

0,3

14,6

0,3

ITEM: 42

DENOMINACIÓN: PASADOR ABDUCCIÓN

CANTIDAD: 3

0,5 0,5

0,3

15,6

0,3

ITEM: 90

DENOMINACIÓN: PASADOR ABDUCCIÓN MENIQUE CANTIDAD: 1

0,5 0,5




PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO- MAESTRNA INGENIERNA MECÁNICA


ITEM 41, 42 Y 90 10:1

COTA NOMINAL

COTA MÁXIMA

COTA MNNIMA

20163851 ABARCA PINO VICTORIA ELIZABETH FECHA:

12-12-2017

LÁMINA:

16-A3-D

2,8

Ø

2,8

2

,8

+

diseÑo de mecanismo de dedo de 2 grados de libertad …

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