Diseño y construcción de la prótesis robótica de mano UC-1

Design and Construction of the Robotic Hand Prosthesis UC-1

Este documento muestra los pasos seguidos en el diseño y la construcción de la prótesis de mano diestra UC-1, asumiendo una estructura arborescente, de tres dedos con tres grados de libertad. Una vez probado el funcionamiento y control de la prótesis en simulación, se diseñó y construyó un prototipo de dedo poliarticulado pequeño y compacto que pudiera ser integrado fácilmente a una palma, con el fin de formar una mano polimórfica. El dedo está constituido de cuatro falanges acopladas mediante un sistema mecánico rígido de transmisión a través de motores de corriente continua. Una vez validado el dedo, se construyó la prótesis de tres dedos, adicionándole sensores analógicos Hall y sensores de fuerza para dotar de sensibilidad a la mano, así como un sistema de control implementado en un procesador digital de señales y controlado a través de Labview®. El propósito es obtener un primer prototipo que pueda servir como solución funcional a los amputados de mano y que pueda proveer diversos agarres como pinza, cilíndrico, esférico, lateral y gancho.

INTRODUCCIÓN

Según el censo realizado por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), en 2005, en Colombia existen alrededor de 385.000 personas con algún tipo de discapacidad en sus miembros superiores. Una buena parte de esta discapacidad tiene su origen en la ausencia total o parcial de una o ambas manos, y de acuerdo con un estudio realizado en Estados Unidos, cerca del 70% de los amputados de mano de ese país utilizan simples ganchos pasivos como solución a su problema (Yang et al., 2004). Este porcentaje debe ser mucho mayor en nuestro país, donde muchas veces siquiera se utiliza prótesis alguna.

A diferencia de los ganchos pasivos, las prótesis mioeléctricas permiten al paciente mover una mano mecánica con mayor o menor grado de funcionalidad, utilizando diversos sensores, lo cual permite devolver al paciente parte del desempeño perdido. Por lo anterior, se han propuesto muchas soluciones en los últimos años para resolver este problema; pero también se encuentran las manos robóticas, complejos sistemas que emulan la mano humana y que son gobernadas por un computador. Sus principales desarrollos son la mano Stanford/JPL (Mason y Salisbury, 1985), la mano Utah/MIT (Bennett y Hollerbach, 1990), la mano TUAT/Karlsruhe (Fukaya et al., 2000), la mano Robonaut (Martin et al., 2004), la mano ultraliviana de Schulz (Schulz et al., 2005) y la mano DLR (Liu, Fan y Chen, 2008).

​Las soluciones desarrolladas específicamente como prótesis para amputados de mano normalmente constan de pinzas con uno o dos grados de libertad, lo cual proporciona una funcionalidad muy limitada.​