Every-Hand

INTRODUCCIÓN

  Hemos entrado en el siglo XXI, la humanidad se ha desarrollado hasta tal punto en el que la electrónica ha pasado a formar parte de nuestro día a día. Cada familia dispone de al menos un coche, la electricidad llega a todas las casas junto a la televisión a color y ya prácticamente no nos imaginamos una vida sin smartphones.

  Con la llegada del año 2000 hemos podido ver muchos avances increíbles que eran muy difíciles de imaginar en tiempos anteriores. Como humanidad en conjunto, hemos conseguido grandes logros. Internet, como la joya de la corona, es considerado por una gran parte de la población el mayor avance desde el descubrimiento de la electricidad.

  Esta red nace a finales de 1969, y es creada a petición del ministerio de defensa con el propósito de servir de comunicación entre diferentes universidades y edificios estatales(Ver Imagen.2) con el nombre de ARPAnet, y pronto pasó a formar parte de las estrategias militares del ejército de EEUU en el periodo de la guerra fría.

(Imagen.2 Conexiones de ARPAnet en 1971)

  Esta red no ha necesitado mucho tiempo para propagarse y llegar al consumo civil. Internet, ha conseguido que la humanidad pueda intercomunicarse a nivel global, obteniendo así una gran homogeneidad de pensamiento y de conducta entre la gran mayoría de culturas del mundo, pudiendo así ser más eficientes y tener la capacidad de funcionar como una gran conciencia global y única.

  Hoy en día, hay tantos nodos conectados a internet, que podemos compararlos por ejemplo con neuronas en el interior del cerebro, o estrellas dentro del universo conocido. (Ver Imagen.3-4-5).

(Img.3 Mapa de internet)                         (Img.4 Mapa neuronal)      

              

 (Img.5 Mapa del universo)

  A medida que esta red crece, más personas se unen a esta conciencia global haciendo que la inteligencia planetaria crezca exponencialmente.

  Cada persona puede plasmar sus pensamientos e ideas en internet y otras personas tomarlas para desarrollarlas. Por ejemplo, imaginemos que un investigador tiene una idea, pero no tiene los medios ni las herramientas, o simplemente financiación para llevarla a cabo. Esa persona puede colgar su idea a internet, y otra persona o equipo de investigación con los medios necesarios puede adoptarla para ponerla en marcha, haciendo que la humanidad en conjunto se vea beneficiada de ella.

  Además, las ideas sufren un fenómeno de evolución parecida a la que sufren los seres vivos en el planeta tierra. Si alguien publica algo en internet, verá pronto cómo su idea es replicada y modificada en muchas versiones diferentes, para diferentes propósitos y en beneficio o perjuicio de diferentes usuarios.

  Hace años esto era impensable, los inventos e ideas se guardaban bajo llave y se blindaban con patentes para que nadie más se beneficiase de ellas.

  Afortunadamente esa tendencia se ha minimizado ligeramente. Gracias a internet tenemos toda la información del mundo en la palma de nuestra mano. En cierta parte, ese conocimiento mundial favorece la empatía dando “ojos que ven, al corazón que siente”.

  Grandes multinacionales como google, apple o microsoft han estado siempre a la cabeza de los mercados tecnológicos con sus respectivos sistemas operativos (Android, MAC y Windows) (ver imagen.6), permitiendo a su vez que estos grandes de la tecnología conquisten también internet. Entre estas empresas existe una carrera por el monopolio tecnológico mundial y lideran prácticamente la investigación de este sector.

(Imagen.6 Multinacionales)

  Los tiempos cambian a un ritmo frenético y la tecnología avanza a un ritmo a veces incómodo para muchos. La humanidad intenta siempre adaptarse a su entorno, al igual que nos hemos adaptado a diferente clima, altitud o alimentación,  pero la tecnología funciona de forma diferente.

  Aunque sí que existe esa adaptación, se antoja considerablemente más difícil para los que ya eran adultos en el auge de la electrónica, y lo que para muchas personas de 40 años en adelante pueda parecer confuso o difícil de manejar, será totalmente intuitivo para los niños que acepten la nueva tecnología desde bien pequeños. Es bastante común por ejemplo, lo difícil que supone enseñar a los más mayores de la casa a utilizar un teléfono móvil con teclas, pero en cambio no tiene que enseñar nadie a los más pequeños, que se manejan como pez en el agua con móviles de última generación de pantalla táctil.

  Pero, por mucho que nos sintamos orgullosos de los pasos que damos hacia adelante, no tenemos que olvidar los pasos que damos en falso. No todo es rosa en la historia reciente de la humanidad, existe otra cara en esta misma moneda.

¿Que se espera de una civilización avanzada con este currículum tecnológico?

  La realidad está bastante lejos de las expectativas, en el ámbito social nos encontramos a décadas, siglos incluso, de alcanzar el desarrollo que en el ámbito tecnológico hemos conseguido.

  El 12 de junio de 2015 un informe de la OMS (Organización Mundial de la Salud),  reveló que 400 millones de personas carecen de acceso a los servicios sanitarios básicos y que el 6% de la población de los países de ingresos bajos y medios ha traspasado el umbral de pobreza extrema debido a los gastos médicos (Ver imagen.7).

(Imagen.7 Mapa de pobreza mundial)

  Para ser más precisos, el informe expone el declive que los niveles mundiales de acceso a los servicios sanitarios esenciales sufren, incluidos: la planificación familiar, la atención prenatal, la presencia de personal cualificado en los partos, la inmunización infantil, el tratamiento antirretroviral, el tratamiento de la tuberculosis y el acceso a agua salubre y servicios de saneamiento.

  Este informe es una llamada de alerta, y pone de manifiesto que estamos muy lejos de alcanzar la cobertura sanitaria universal.

  De hecho, el 30 de junio de 2015 pone de manifiesto que una de cada tres personas de todo el mundo, el equivalente a 2,4 mil millones, todavía carecen de acceso a instalaciones de saneamiento, y qué 946 millones de ellas defecan al aire libre. Aunque unos 2,1 mil millones de personas han ganado acceso a saneamiento mejorado desde 1990, En la actualidad, solo el 68% de la población mundial utiliza estas instalaciones.

  El acceso a agua, saneamiento e higiene de buena calidad es esencial para la prevención y el cuidado de 16 de las 17 ETD (enfermedades tropicales desatendidas) . Las ETD afectan a más de 1,5 mil millones de personas de 149 países, y causan ceguera, desfiguración, discapacidad permanente y muerte.

  Por si esto no es suficiente el 26 de octubre de 2015 El Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer (CIIC), el órgano de la Organización Mundial de la Salud (OMS) especializado en el cáncer, evaluó la carcinogenicidad del consumo de carne roja y de carne procesada. Algo impensable hasta ahora

  El consumo de la carne varía mucho entre los países, desde un pequeño porcentaje hasta un 100% de las personas que comen carne roja, dependiendo del país, y proporciones algo más bajas en el consumo de carnes procesadas.

  Los expertos concluyeron que cada porción de 50 gramos de carne procesada consumida diariamente aumenta el riesgo de cáncer colorrectal en un 18%.

  Una de las tareas que venimos haciendo desde que el humano puebla la tierra, comer carne, a dia de hoy y según la Organización Mundial de la Salud, es perjudicial para nuestra salud. Se puede pensar que estos problemas son inevitables y que la humanidad está trabajando codo con codo para solucionarlos, pero estaremos equivocados una vez más. ¿Qué actitud adopta la “civilización” ante la magnitud de estos problemas? Más bien pasiva, por si no fueran pocos los problemas que de por sí tiene la humanidad, las guerras y conflictos armados son abundantes.

  La lista de conflictos armados en la actualidad es extensa (Ver imagen.8): Siria, Sur Sudán, República Centroafricana, Nigeria, República Democrática del Congo, Afganistán, Pakistán, Irak, incluso México, debido a la cifra astronómica de víctimas que la violencia de los cárteles de la droga se cobra cada año, aunque no sea considerada una guerra en el sentido técnico del término. Una enumeración fría que oculta muerte, inseguridad, injusticia y subdesarrollo, además de generaciones perdidas que tienen que buscarse la vida en países destruidos y sin tener acceso a la educación.

(Imagen.8 Mapa de guerras activas)

  Cien años después de la que fue calificada como la Gran Guerra, fijamos nuestro objetivo en el mundo de hoy y descubrimos 'pequeñas guerras mundiales' que, aunque no sumen aquellos casi 10 millones de muertos, sí prueban que la paz no es siquiera una posibilidad cercana. Sueños de entreguerras que se materializaron en la creación de organismos como la Sociedad de Naciones en 1919 y Naciones Unidas, en 1945, justo después de las dos guerras mundiales y que no han significado mucho más que buenos propósitos y grandes palabras. Porque hay un hecho que a veces se nos escapa: desde 1945 hasta 2011 se registraron 10,5 millones de muertos en batalla, sólo contando las bajas militares

  Los últimos datos sobre el número de refugiados en el mundo hacen saltar aún más las alarmas. Más de 50 millones de personas, la cifra más alta desde la Segunda Guerra Mundial, están desplazadas por culpa de los conflictos armados, la mitad de ellos niños que sólo pueden aspirar a sobrevivir.

  Siria es la peor crisis de desplazamiento desde el genocidio de Ruanda en 1994 con cerca de nueve millones de personas que se han visto obligadas a dejar sus casas.  Una guerra que ya se ha cobrado más de 100.000 muertos desde que se inició en 2011.

  La mitad de refugiados son niños, son menores de 18 años que llevan más de tres años sin escuela, que han visto a sus familiares muertos y que han sido torturados, han sufrido violaciones o reclutamientos forzosos. Chavales que han visto a pocos metros lo que a los demás nos estremece en una pantalla de televisión y a los que hay que tratar de recuperar física y psicológicamente. Hace falta que la comunidad internacional no gire la cara y que ponga los ojos en aquellos países que puedan tener menos interés por razones económicas. Hay que poner fin a las masacres que se están cometiendo.

  En realidad, estos datos muestran la necesidad de centrarnos en las desigualdades como única vía para lograr un progreso sostenible.

 Desgraciadamente, estos datos llegan al primer mundo exclusivamente si se hacen virales en internet. De otra forma, los informativos no ponen demasiado énfasis en mostrar los problemas de los demás si no nos afectan directamente.

  Uno de los casos que se hizo virales, es el caso de Daniel omar (Ver Imagen.9).

(Imagen.9 Daniel omar después de su accidente)

  Daniel omar es un joven sudani que a los 14 años de edad estando en el peor momento, en el peor lugar, quedaba con los dos brazos amputados por culpa de una bomba lanzada por el gobierno sudani contra las fuerzas rebeldes.

  A pesar de ser una gota de agua en la inmensidad del mar, este caso se hizo viral gracias a que George Clooney fuera detenido en la embajada sudani en estados unidos por protestar contra el lanzamiento de bombas a la población civil (Ver imagen.10).  

  

(Imagen.10 George clooney detenido)

  Gracias a esta acción, una comunidad se puso en marcha para intentar ayudar, la comunidad maker.

  Los llamados “makers” conforman una comunidad muy grande y activa que nace de la entrada en el mercado de las impresoras 3d, y de la posibilidad que tiene cada uno de hacer sus propias piezas y tuvieron la idea de hacer una mano protésica para poder cubrir la necesidad de daniel de coger objetos.

  Para este caso, se eligió una pieza que consistía en brazo hasta la altura del codo, el cual se usaba como articulación para abrir y cerrar la mano (Ver imagen.11). Esto ha conseguido paliar la necesidad que las bombas dejaron en Daniel.

(Imagen.11: Daniel omar con la protesis)

  A raíz de este suceso, la comunidad maker ha unido esfuerzos para crear una red social que pone en contacto a personas que sufren una pérdida de brazo, con otras que disponen de una impresora 3D y voluntad de ayudar a otras personas. Esta nueva red social se llama “e-nable” y se puede encontrar en “enablingthefuture.org” (ver imagen.12).

(Imagen.12 Cabecera de la web de enable)

  A la hora de registrarte en esta página, puedes elegir 3 tipos de usuario (Ver imagen.13).

(Imagen.13 tipos de usuario)

  Need a hand: Este usuario es para las personas que tienen alguna dolencia, y por lo cual necesitan una prótesis.

  Build a hand: Este usuario lo tienen que crear aquellas personas que disponen de medios para crear una prótesis.

  Lend a hand: Esta parte de la página web permite ponerse en contacto a personas que necesitan una prótesis con gente que tiene o puede construir una.

  Muchos han sido los diseños de diferentes prótesis que se han subido a esta red social. Por ejemplo, el modelo más extendido, a la vez que simple y económico, es el modelo “Flexy-hand” (Ver imagen.14).

(Imagen.14 Flexy-hand)

  Todos y cada uno de ellos han sido muy útiles en favor de esta gran obra social, pero por desgracia no se puede decir que sirva para todo tipo de dolencia.

  La flexy hand tiene como defecto la necesidad una articulación para abrir y cerrar la mano, y a su vez, que esta articulación tenga fuerza. Esto impide por ejemplo que una persona con una amputación a la que le falte la muñeca, pueda utilizar este tipo de prótesis.

  Para esta parte de los afectados hay muy pocas posibilidades. La opcion mas logica es un tipo de prótesis mecanizada que pueda activar con los músculos, pero hoy en dia ese tipo de prótesis son muy caras y su adquisición no está disponible en todos los países del mundo.

  Es fácil caer en la conclusión de que no se puede dejar a este porcentaje de gente fuera de esta maravillosa red social, de que hace falta una versión de las prótesis electrónicas low cost similar a lo que es flexy-hand.

  Por ello, desde el grupo de Psychomotronik de IEFPS Don Bosco hemos decidido ponernos a trabajar en ello. Producto del trabajo nace Every-hand.

CONTEXTUALIZACION

2.1 Proyecto colaborativo

  Gracias a las nuevas metodologías de enseñanza que promueve el centro, hemos podido vernos inmersos en una dinámica de trabajo similar a la de una empresa, donde hemos tenido que aprender a cuidar la comunicación con los profesores, que han ejercido el rol de jefe.

  El equipo de trabajo está formado por cuatro alumnos de segundo curso de electrónica del IEFPS Don Bosco con la colaboración de varios profesores del centro y en colaboración indirecta con varios profesionales del sector. Aunque esta última no haya sido una colaboración presencial, la suma de su trabajo y el nuestro ha hecho posible la buena resolución de los problemas que nos hemos encontrado a la hora de poner en marcha el proyecto.

2.2 IEFPS Don Bosco

  Don Bosco es un Instituto Específico de Formación Profesional Superior situado en Errenteria (Guipúzcoa). El centro lleva ya más de 50 años formando jóvenes de cara al ámbito laboral con unos excelentes resultados.

  La Misión del IEFPS Don Bosco es satisfacer las necesidades de formación de la población de su ámbito de influencia, ofreciendo una enseñanza de calidad basada en valores humanos, que garantice al alumnado la adquisición de competencias técnicas y habilidades sociales que faciliten su acceso a la Universidad o su inserción en el mundo laboral.

  Este proyecto se llevará a cabo en el departamento de electrónica de Don Bosco, uno de los departamentos con mayor prestigio del centro, en el módulo de grado superior de “Mantenimiento electrónico”.

Enlaces de interés

Web Don Bosco: http://www.donbosco.hezkuntza.net

Web Electrónica DB: http://elektronikadonbosco.blogspot.com.es

Facebook Electrónica DB: https://www.facebook.com/elektronikadonbosco

Canal Youtube Electrónica DB: https://www.youtube.com/user/elektronikadonbosco

2.3 E-nable

  E - NABLE Es una comunidad de makers de todo el mundo que utilizan sus impresoras 3D para crear prótesis de manos y brazos imprimidos para aquellos que necesitan de una prótesis.

  Son personas que han dejado a un lado sus diferencias políticas, religiosas, culturales y personales para unirse y colaborar para ayudar a aquellos que nacieron con deformidades o que han perdido algún miembro a causa de la guerra, enfermedad o un desastre natural .

  Esta comunidad se va a ver gratamente beneficiada de la integración de Every-hand en la misma. Esta mano, si bien es un modelo relativamente más caro que las mecánicas, amplía el abanico de personas que pueden beneficiarse de E-nable, pudiendo así interesarse también las personas que no disponen de articulación para cerrar las manos mecánicas.

Enlaces de interés

Web de E-nable: http://enablingthefuture.org/

Twitter de E-nable: https://twitter.com/Enablethefuture

JUSTIFICACION

  Los integrantes del grupo de trabajo que hemos desarrollado every-hand habíamos trabajado antes con el grupo de E-nable de IEFPS Don bosco. Nuestros conocimientos y ambiciones nos han llevado a intentar que E-nable de un paso muy grande hacia adelante y que las prótesis mecanizadas ganen un poco más de terreno en beneficio de los afectados.

  Latente quedaba la necesidad de un proyecto como este. Cada vez hay más personas en el mundo, un mundo en el que la inestabilidad crece al mismo ritmo. Las guerras y los conflictos dejan muchos heridos con amputaciones y nacen muchas más personas con malformaciones provocados por diversos motivos (radiación, enfermedad…).

  Las prótesis que hasta ahora encontramos en E-nable son mecánicas y necesitan una articulación para ser cerradas, ya sea la muñeca o el codo. Las personas que no tengan articulación, o bien, fuerza para moverla se van a ver ampliamente beneficiadas con este proyecto. Así como las personas que quieran una mayor comodidad.

3.1 Consecuencias

  La buena difusión e implantación de este proyecto traería los siguientes beneficios.

• Introducción al mercado laboral y profesional a un relativamente alto porcentaje de población, beneficiando al propio usuario de la prótesis como a toda la humanidad en conjunto.

• Ayuda a E-nable a aumentar su campo de visión y poder ayudar también a personas sin articulación.

• Minimizar las consecuencias de las guerras, desastres naturales y enfermedades.

• Mejorar la calidad de vida de los afectados.

• Aumento de la independencia y la autonomía al hacer tareas rutinarias.

• Reducción del coste de las prótesis.

• Mejora en el ámbito de las prótesis robóticas.

• Posibilidad de mejorar una prótesis propia al trabajar con código abierto.

• Ahorro en la economía de la seguridad social al abaratar costes.

• El hecho de ser más barato, implica que puede llegar a más pacientes con la misma cantidad de ingresos.

• Segun la teoria de Mary Warnock, una persona discapacitada necesita un recurso especial para adaptarse al contexto en el que realiza una acción, esa necesidad quedaría cubierta para todas las personas sufren discapacidades.

3.2 Objetivos

  Con este proyecto que conseguir los siguientes objetivos:

• Facilitar la integración de las personas discapacitadas.

• Investigar y profundizar en el estudio de las amputaciones y malformaciones para adecuar nuestro producto a las necesidades de los usuarios.

• Hacer más fácil la vida cotidiana.

• Hacer una prótesis asequible a un espectro más amplio de la población.

DESCRIPCIÓN TÉCNICA

  Desde el punto de vista de un técnico, esta prótesis de mano destaca por su sencillez y su adaptabilidad a todo tipo de mutilación o deformación. Consta de un sistema muy sencillo que consta de cuatro partes bien definidas: Mano, Antebrazo, Brazalete y Sensores.

4.1 Mano

  La parte de la mano consiste en el modelo “Dextrus-hand” (Ver imagen.15). Es una mano de código abierto de uso gratuito que está para ser descargado en internet.

(imagen.15 Foto de la mano)

  Esta mano contiene 5 huecos para que cada dedo pueda tener un motor independiente para así poder mover los dedos uno a uno.

4.2 Antebrazo

  Esta parte de la prótesis es la que se personaliza para cada usuario. El cometido de esta pieza no es más que servir de sujeción de la prótesis al brazo del cliente y serán imprimidas en base a un modelo que nos sirva el afectado. En la siguiente imagen (Ver imagen.16) podemos observar la pieza del antebrazo de color naranja. Esta prótesis se hizo en nuestro instituto.

(Imagen.16 Prótesis con antebrazo naranja)

4.3 Brazalete

  De la mano y subiendo por el brazo, van todos los cables que mandan corriente a los motores que están en la mano, hasta un brazalete que irá colocado a la altura del bíceps con una correa de velcro como las herramientas de running (Ver imagen.17).

(Imagen.17 Brazalete con circuitos)

  Este brazalete aloja toda la circuitería necesaria para mover la mano de forma correcta. Hemos decidido hacerlo para que adopte la forma de un brazalete como los que utilizan los deportistas, de este modo es más cómodo y manejable además de pasar desapercibido con mayor facilidad.

4.4 Sensores

  Todos los datos a gestionar son recogidos en el brazo mediante un sistema de sensores electromiográficos que mide los pulsos de electricidad de los músculos (ver imagen.18). Esto nos permite mover una mano con la misma orden del cerebro ya que el músculo que mueve la mano, en las personas que carecen de ella, se puede notar en el antebrazo, brazo o espalda.

(Imagen.18 Electromiografía del bíceps)

DESARROLLO DEL PRODUCTO

5.1 Análisis de la tecnología utilizada

  Para la construcción de este prototipo se han utilizado las siguientes herramientas y analizado las siguientes tecnologías.

5.1.1 Electromiografía

  Es una técnica para la evaluación y registro de la actividad eléctrica producida por los músculos. La electromiografía se desarrolla utilizando un instrumento médico llamado electromiógrafo, para producir un registro llamado electromiograma Un electromiógrafo detecta la diferencia de potencial eléctrico que activa las células musculares, cuando éstas son activadas neuralmente o eléctricamente, las señales pueden ser analizadas para detectar anormalidades y el nivel de activación o analizar la biomecánica del movimiento de un humano o un animal  (Ver imagen.19).

(Imagen.19 Electromiografía de bíceps)

  Hay varios tipos de sensores, adhesivos o agujas. En este caso vamos a utilizar sensores adhesivos (Ver imagen.20) ya que las agujas resultan algo incómodas e invasivas para la persona que utilice nuestra prótesis.

  

(Imagen.20 Sensor electromiográfico)

5.1.2 ATMega328

  El Atmega328 es un Circuito integrado de alto rendimiento que se usa comúnmente en múltiples proyectos y sistemas autónomos donde un micro controlador simple, de bajo consumo, bajo costo es requerido. Tal vez la implementación más común de este chip es en la popular plataforma Arduino, en sus modelos Uno y Nano (Ver imagen.21).  

(Imagen.21 Chip ATMega)

5.1.3 Chip L293D

  Este chip está diseñado para el control bidireccional de dos motores que funcionan entre 4,5V y 36V (Ver imagen.22).

          (Imagen.22 Chip L293D)

  La forma correcta de conectar este componente a los demás es la siguiente (Ver Imagen.23).

                                                                     

  (Imagen.23 Configuración del L293D)

5.1.4 Chip 78XX

  Esta familia de componentes funciona de regulador de tensión (ver imagen.24). Es el chip que se utiliza si tenemos un circuito con más de una tensión diferente. Para cada tensión se utiliza uno diferente, en este caso como tenemos que bajarla de 9V a 5V utilizaremos el 7805. 

  (Imagen.24 reguladores 78XX)

  Este chip tiene también una configuración predeterminada (Ver imagen 26). Para colocarlo en la placa debemos conectarlo de esta forma.

(Imagen.26 Configuración de 78XX)

5.1.5 Motores

  Para este proyecto en concreto hemos elegido motores de 12V de corriente continua (Ver imagen.27).

(Imagen.27 Motor elegido)

  Metemos la corriente continua por un lado del motor para girar en una dirección y en el otro lado si queremos que gire en el sentido contrario (Ver imagen.28).

(Imagen.28 Motor CC funcionamiento)

5.1.6 Muscle Sensor v3

  Este componente es el que hace de conexión entre los sensores que nos colocaremos en el cuerpo y el microcontrolador ATMega328 (Ver imagen.29).

(Imagen.29 Muscle sensor)

  Para conectar este componente al igual que otros que hemos mencionado, tiene una configuración predeterminada (Ver imagen.30).

(Imagen.30 Configuración del muscle sensor)

  Como podemos ver en la imagen, la señal que recibimos del controlador va a la placa de arduino. Nosotros en nuestro proyecto vamos a utilizar solo el ATMega por ahorrar espacio y quitar componentes dentro del propio arduino que no necesitamos.

5.1.7 Arduino

  Arduino es una plataforma de hardware libre (Ver imagen.31), basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos de diferentes ámbitos.

(Imagen.31 Arduino)

  Aunque no vamos a utilizar la placa arduino físicamente, vamos a necesitar la propia placa para insertar los datos en el ATMega mediante el software (ver imagen.32). El software de arduino es un desarrollador de texto por el cual podemos insertar las órdenes en lenguaje Processing.

(Imagen.32 Software de arduino)

5.1.8 Impresora 3D

  Para desarrollar este producto, hemos necesitado una impresora 3D. En este caso hemos utilizado la Prusa I3 steel (Ver imagen.33) montada anteriormente por nosotros mismos.

(imagen.33 Prusa I3 steel)

  En el caso de que vayamos a adquirir una prótesis como ésta, es conveniente tener una impresora personal o conocer a alguien que la tenga. Ya que será más fácil el mantenimiento y mejora de la prótesis teniendo la posibilidad de imprimir piezas nuevas.

5.2 Esquema del proyecto

(Imagen.34 Esquema del proyecto)

5.2.1 Diagramas de la programación

  Antes de desarrollar la programación, vamos a definir bien lo que queremos que haga nuestra mano. En este caso queremos que al hacer fuerza con el músculo en el que tenemos los sensores, nuestra mano se cierre hasta que dejemos de hacer fuerza. Al dejar de hacer fuerza la mano para, hasta que volvamos a hacer fuerza con el mismo músculo para abrirla de nuevo (Ver imagen.35).

(Imagen.35 Diagrama del programa)

  Es un programa muy sencillo y fácil de esquematizar y funciona como un bucle. Hemos querido hacer del programa, un programa sencillo porque creemos que en la sencillez reside el éxito, y que desarrollar demasiadas funciones podría implicar la pérdida de la calidad en su función primaria.

5.3 Análisis del programa arduino

5.3.1 Variables

  La primera parte de nuestro programa es para asignar las variables. Analizando las variables que hemos insertado, podemos darnos cuenta de la configuración física que tendrá nuestro circuito. La primera línea del programa (Ver imagen.36) asigna el pin al que conectaremos la señal que proviene del sensor electromiográfico.

(Imagen.36 Primera línea de programa)

  Las siguientes líneas de programa que van desde la línea 3 hasta la 7 (Ver imagen.37) son las que comunican con los controladores de los motores.

(Imagen.37 Líneas 4 a 7)

  Seguido, tenemos los tres pines se comunican con los tres leds que nos muestran en qué estado se encuentra la mano (Ver imagen.38).

(Imagen.38 Líneas 9 a 11)

  Las variables de las siguientes tres líneas, no nos dicen nada sobre la configuración física de la placa. Estas variables se utilizan para establecer los valores que establecemos como máximo y mínimo en el programa con respecto a los valores máximo y mínimo recogidos en el sensor, así como el valor que se le otorga al punto en el que está en estos momentos (Ver imagen.39).

(Ver imagen.39 Líneas 13 a 15)

  Por último, las dos líneas que nos quedan (Ver imagen.40) de esta parte del programa, nos sirven para establecer internamente el estado en el que se encuentra la mano. Cerrado o abierto.

(Imagen.40 Líneas 17 y 18)

  La parte del programa que vamos a utilizar para establecer todas las variables al completo queda de la siguiente forma (Ver imagen.41).

(Imagen.41 Variables)

5.3.2 Void Setup

  En esta parte del programa se establecen ciertos parámetros de la configuración del mismo y del montaje del circuito. En la línea de programa número 24 establecemos la velocidad de comunicación con el ordenador en milisegundos (Ver imagen.42).

(Imagen.42 Serial.Begin)

  Las siguientes cinco líneas (Ver imagen.43) establecen la configuración de varios pines. OUTPUT quiere decir que establecemos el pin que nombramos en modo salida.

(Imagen.43 Configuración de pines)

  Encendemos el led para indicar que nos encontramos en los cinco segundos de calibración del sensor (Ver imagen.44).

(Imagen.44 Línea 33)

  Lo siguiente que necesitamos establecer es lo que el programa entiende como máximo y mínimo del sensor, para eso utilizamos la función while (Ver imagen.45).

(Imagen.45 Líneas de 37 a 49)

  Si el valor del sensor (sensorValue) es mayor que lo que nuestro programa entiende como valor máximo, el valor del sensor se establece como nuevo valor máximo (sensorMax).

  Y por el contrario, si el valor del sensor (sensorValue) es menor que el que nuestro programa entiende como valor mínimo, el valor del sensor se establece como nuevo valor minimo (sensorMin).

  Por último y para terminar con el void setup, apagamos el led que tenemos conectado al pin número 13 y insertamos una orden para poder ver el valor que se está asignando a la señal que emite el sensor en tiempo real (Ver imagen.46).

(Imagen.46 Líneas de 52 a 55)

  La parte del programa que utilizamos para la configuración al completo, tiene la siguiente forma (Ver imagen.47).

(Imagen.47 Void setup al completo)

5.3.3 Void Loop

  Una vez terminada la configuración del programa, vamos al bucle de programa.

  Primero, aunque ya tenemos terminada la configuración del funcionamiento del sensor, tenemos que decirle cómo interpretarlos cada vez que haga el loop. Para ello escribimos lo siguiente (Ver imagen.48).

(Imagen.48 Líneas 59 a 68)

  Siguiendo el modelo del diagrama de bloques de la sección anterior, nuestro programa tiene dos estados, mano abierta y cerrada. La primera vez que entre en el loop, la mano está cerrada. La variable que se refiere al estado de la mano, (int posicionmano) marca 0 como se ha establecido en la parte superior del programa. Por lo que, para abrir la acción de abrir la mano escribimos lo siguiente (Ver imagen.49).

(Imagen.49 Líneas 70 y 94)

  Analizando un poco más a fondo esta parte de nuestro programa se puede apreciar que hemos necesitado un “if” para jugar con los estados abierto y cerrado. En la línea 70 tenemos el primer condicionante, si posicionmano es igual a 0 (abierto) entonces entra dentro para seguir con las funciones en su interior. En la línea 74 encontramos el segundo condicionante, esta vez un while (mientras) por lo que solo cumplira las funciones escritas en su interior si, como pone entre llaves, el valor del sensor (sensorvalue) es mayor que el valor establecido como 900.

  Si posicionmano es 0 y el sensor es mayor a 900 la señal hacia el controlador de los motores será positiva, por lo que los motores girarán para cerrar la mano. A su vez, se escribe 1 en la variable posicionmano estableciendo la mano como cerrada.

  Cuando dejamos de hacer fuerza, se fuerza al programa a salir de la orden while pasando a las siguientes líneas donde se encuentra con dos “digitalWrite”. Estas dos líneas hacen que los motores paren cuando la señal del sensor baja (Ver imagen.50).

(Imagen.50 Líneas 102 y 103)

  Una vez cerrada la mano, y la variable “posicionmano” es establecida como 1, nos encontramos con la otra parte del programa. Esta parte es la opuesta a la anterior (Ver imagen.51).

(Imagen.51 Segundo IF)

  Como podemos observar, es lo mismo que el anterior, exceptuando el valor de la variable posicionmano y la dirección a la que giran los motores. Cuando cierra la mano vuelve a establecer 0 como posición.

  El programa al completo se muestra en el apartado “Anexos”.

5.4 Simulación digital

  Como en todas y cada una de las construcciones robóticas, antes de montar un nuevo producto hay que hacer una simulación digital, para ello hemos utilizado el programa “proteus”.

La simulación digital del prototipo en proteus tiene la siguiente forma (Ver imagen.52).

(Imagen.52 Esquema de proteus)

5.5 Diseño de la PCB

  Para la fabricación de nuestra PCB exportamos nuestra simulación del ISIS a ARES. Hemos decidido hacer la placa a dos caras dada la cantidad de pines, y la dificultad de no entrelazar unas pistas con otras.

  Parte superior (Rojo(Ver imagen.53)) e inferior (Verde(Ver imagen.54)) de la placa (top y bottom) sin los componentes.

      

  (Imagen.53 Parte superior) (Imagen.54 Parte inferior)

  Vista de la simulación de ambas caras en el mismo esquema. (Ver imagen.55)

(Imagen.55 Simulación a doble cara)

  La simulación definitiva de la PCB con los componentes colocados queda de la siguiente forma (Ver Imagen.56).

(Imagen.56 Simulación con componentes)

  Una vez conseguimos esto, podemos pasar a la fabricación de nuestra placa.

5.6 Fabricación de la PCB

  Para construir nuestra placa, hemos utilizado una placa de pertinax (Ver imagen.57) que nos ha otorgado el centro.

(Imagen.57 Placa de pertinax)

  Para la impresión del circuito, el centro pone a nuestra disposición una fresadora Board Master LPKF Promat S62(Ver imagen.58).

(Imagen.58 Board Master LPKF Promat S62)

  Para imprimir el diseño en la placa, insertamos los archivos en el ordenador que está conectado por usb a la fresadora. En primer lugar hace los agujeros de cada componente y para posteriormente vaciar lo que necesita para crear las pistas. Una vez terminado un lado, la máquina para, y le damos la vuelta a la placa manualmente. Una vez dada la vuelta y colocada en la posición correcta, se procede a imprimir el otro lado.

5.7 Montaje de componentes

  Hemos colocado todos los componentes y los hemos soldado a la placa con un soldador de estaño común. La placa con los componentes una vez terminada queda de la siguiente forma (Ver imagen.59).

 (Imagen.59 Circuito)  

  Como podemos observar en la imagen anterior, tenemos un componente algo más larga que los otros tres, que son iguales. El más largo de los cuatro en este caso es el ATMega mientras que los otros tres son los controladores de los motores, el chip L293D.

5.8 Montaje de la mano

  Una vez terminado el circuito, procedemos a montar la mano. Para este prototipo hemos decidido utilizar los diseños de “Open Hand Project”(Ver imágenes 60 y 61). Cualquiera de los diseños que encontramos en esta página web funcionan para nuestro proyecto .

Ada hand Dextrus hand

(Imagen.60 Ada hand) (Imagen.61 Dextrus hand)

  Todos los diseños y archivos necesarios llevar a cabo este proyecto se pueden descargar en el siguiente enlace: https://sites.google.com/a/fpdonbosco.com/15-16-2me3-taldea7/proyectos/protesis-3d