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B. Gámez, et al / Revista Ingeniería UC , Vol. 23, No. 1, abril 2016, 58-66 63 Adicionalmente se seleccionó un material para cada componente de la prótesis, estableciendo un polímero ABS con un módulo elástico de 200 MPa para la palma, falanges y los vínculos, mientras que para los pasadores se escogió una aleación de acero de límite elástico 620,42 MPa [7], todo esto proporciona un peso de 73,11 gramos. Si se considera el peso de los tres actuadores lineales (15 gramos cada uno), y el resto de los componentes, el peso total del modelo es de 150 gramos, lo cual favorece las criterios de diseño establecidos, además cumple con los parámetros fijados en Belter, et al [8] según los cuales el peso de la prótesis debería representar el 0,6 % del peso total del cuerpo en hombres, mientras que para la mujer representaría el 0,5 % del peso. Por otra parte, es conveniente comparar el peso que podría alcanzar la prótesis si se construyera con materiales metálicos, por lo cual se realizó una estimación del peso total asignando el aluminio y el titanio como materiales de la estructura, como se indica en la Tabla 1. En el análisis de esfuerzo llevado a cabo basado en la aplicación de las cargas críticas de operación se obtuvo un máximo esfuerzo para la condición de prensión cilindrica de 194 MPa (ver Figura 10), localizado en el pasador que articula el dedo pulgar con el actuador lineal, mientras que para la posición de oposición del pulgar con el índice se obtuvo un esfuerzo de 182,4 MPa en el mismo elemento (ver Figura 11); sin embargo, para ambas condiciones el dispositivo protésico operaría sin problema de acuerdo al resultado analítico del factor de seguridad para la condición más crítica es de 3,20. Por otra parte, el maximo desplazamiento que ocurre en el modelo es menor a 1 mm, lo cual no se considera significativo (ver Figura 12). Con esta verificación se procedió a la fabricación del model prototipo para hacer las pruebas usando técnicas de impresión 3D con el material previamente establecido. Para controlar los movimientos de la prótesis se utilizó un sistema de control proporcionado. El sistema contiene tres actuadores lineales, que proporciona su posición según lo indique el microcontrolador Arduino Nano V, vía señal de entrada analógica, como se muestra en la Figura 13. La posición de los actuadores lineales son admitidas a los puertos análogos del microcontrolador Arduino. Esta señal referencia el control que es llevado a cabo sobre los actuadores lineales en la posición de los dedos pulgar, índice y anular, efectuando cuatro movimientos principales: Mano abierta: todos los actuadores están completamente estirados considerando los límites impuestos por los vínculos de cada dedo, ver Figura 14–a. Mano cerrada: todos los actuadores están retraídos, nuevamente tomando en cuenta el límite para la flexión establecido por el vínculo en el diseño de la prótesis, ver Figura 14–b. Dedo índice extendido: el dedo índice está estirado por tanto los actuadores lineales de los dedos pulgar y anular se encuentran retraídos ver Figura 14–c. Oposición del pulgar (pinza fina): los actuadores de los dedos índice y pulgar están retraídos mientras que el actuador del dedo anular esta estirado, ver Figura 14–d. Los movimientos son generados cuando ellos tienen un estímulo, en este caso fueron usados pulsos para chequear la operación. 4. Conclusiones Se presentan los avances del diseño y construcción de una prótesis biomecánica de mano derecha, cuyas características geométricas están basadas en medidas antropométricas de un niño de 8 años de edad de estatura promedio. La estructura del prototipo se fabricó utilizando la técnica de impresión 3D con un polímero ABS de alta resistencia. El diseño de la prótesis admite la realización de los movimientos de pinza con los dedos índice y pulgar (sostener objetos delgados con los dedos índice y pulgar), la extensión del dedo índice que permite al paciente llevar a cabo acciones sobre pantallas táctiles y lógicamente ofrece la posibilidad de prensión cilíndrica como Revista Ingeniería UC, ISSN: 1316–6832, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo.
64 B. Gámez, et al / Revista Ingeniería UC , Vol. 23, No. 1, abril 2016, 58-66 (a) (b) (c) (d) Figura 10: Distribución de esfuerzos (MPa) para la posición de prensión cilíndrica, (a) Malla con elementos finitos, (b) Localización del máximo esfuerzo, (c) Detalle del máximo esfuerzo, (d) Escala de esfuerzos (MPa) (a) (b) (c) (d) Figura 11: Distribución de esfuerzos (MPa) para la posición de pinza-oposición de pulgar e índice, (a) Malla con elementos finitos, (b) Localización del máximo esfuerzo, (c) Detalle del máximo esfuerzo, (d) Escala de esfuerzos (MPa) Revista Ingeniería UC, ISSN: 1316–6832, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo.
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