2026-04-14T20:11:10Zhttps://uvadoc.uva.es/oai/requestoai:uvadoc.uva.es:10324/413782021-06-18T07:31:28Zcom_10324_38col_10324_787
Mansilla Gallo, Alberto
Universidad de Valladolid. Escuela de Ingenierías Industriales
Merayo Alvarez, Alberto
2020
Este Trabajo Fin de Máster (de ahora en adelante TFM) es una primera aproximación
hacia un producto protésico ante amputaciones del brazo que busca ser
completamente funcional y de un precio asequible. Como muchos proyectos
innovadores se trata de un trabajo iterativo, en el que cada nueva iteración arroja un
nuevo producto viable susceptible de ser útil, pero que aún no ha alcanzado su máximo
grado de desarrollo.
En un primer lugar se ha realizado un estudio profundo de los diferentes productos
que actualmente se asemejan en mayor o menor medida a nuestro objetivo final. A
través del Estado del arte nos acercamos a diferentes proyectos innovadores
desarrollados desde varias entidades investigadoras.
El primer proyecto en el que nos centramos fue: Manus Hand, una mano que busca
alcanzar el máximo número de modos de prensión con un número mínimo de
actuadores. Luego se han estudiado proyectos con objetivos similares, como
Smarthand, o DARPA Hand que además busca añadir los movimientos de abducción y
adducción a cada dedo de la mano. No obstante, para este trabajo hemos seguido en
mayor o menor medida, por tratarse del proyecto más afín a nuestros objetivos, es
decir máxima funcionalidad a mínimo coste, con el trabajo 6 DOF Open Source Hand
que cómo indica su propio nombre, se trata de un proyecto de código abierto, que
además se basa en la sencillez y las altas capacidades del producto.
Después de analizar el Estado del arte, parece indispensable, de acuerdo con lo
estudiado en los diferentes proyectos anteriores, que se debe tener un conocimiento
profundo, en mayor o menor medida, sobre la antropometría del propio dedo pulgar,
para así conseguir un producto que se asimile lo máximo posible a las características
humanas del mismo. Para ello en el Capítulo 2. Antropometría del dedo pulgar, el foco
se pone sobre este aspecto y se estudian dos parámetros vitales para el diseño de un
dedo. Por un lado, los ángulos máximos de los movimientos del dedo y por otro los
tamaños del mismo. Ambos parámetros van a permitir adaptar el diseño a las formas
antropométricas teniendo en cuentas las características mecánicas del propio dedo y
su interacción con el resto de la mano.
En el siguiente capítulo se trabaja la idea conceptual del dedo. Se habla de aspectos
como el tipo de diseño, su estructura, su forma a grandes rasgos y también otros
parámetros como los grados de libertad, la velocidad de movimiento y las fuerzas que
deberá soportar.
Una vez establecido este diseño conceptual y teniendo claros aspectos como la
estructura, es vital hacer un estudio de mercado de diferentes productos que no se
fabricarán pero que, si condicionarán por sus tamaños o formas el diseño del dedo.
Estos productos que se adquieren a través de fabricantes específicos, serán los
motores y las reductoras. Unido a este aspecto va el Capítulo 5. Diseño mecánico del
dedo pulgar, que se alza sin duda como uno de los puntos vitales de este trabajo. A
través de este capítulo se analizan las características tanto cinemáticas como
dinámicas que nos permiten alcanzar cada uno de los modelos propuestos
previamente. Este estudio exhaustivo arrojará un tipo de motor y reductora óptimo
para cada uno de los movimientos que deseamos realizar.
III
Una vez solventados los aspectos mecánicos del diseño, el foco se sitúa sobre la
fabricación de las piezas. Como indica el título de este TFM la fabricación aditiva,
comúnmente llamada impresión 3D, será el vehículo perfecto para diseñar nuestros
productos. Por ello a través del Capítulo 6. Tecnologías de impresión 3D y su aplicación
en la biomedicina,se tratan los aspectos más íntimamente relacionados con las propias
tecnologías que se usarán para desarrollar las diferentes piezas. Por un lado
hablaremos de tecnología FDM y por otro, de SLA, ofreciendo comparativas,
parámetros de impresión y el papel que desempeñan en la fabricación de los diferentes
elementos que componen el dedo.
Ya una vez en el Capítulo 7. Diseño y fabricación de los componentes, se encara la recta
final del TFM con el diseño de los propios elementos y su impresión. Un diseño
realizado a través de modelos CAD e impresos con las diferentes tecnologías de
fabricación aditiva. Finalmente, en el Capítulo 8. Diseño final, se cierra por completo el
diseño del primer dedo pulgar de este proyecto ofreciendo la versión final que se ha
alcanzado.
Los dos últimos capítulos irán destinados a ofrecer una visión de futuro sobre el
desarrollo de este proyecto, dando a conocer aquellos aspectos que hoy por hoy
deberían mejorarse y otras características que deberían implementarse con el tiempo
This Master's thesis (from now on TFM) is a first approach towards a prosthetic product
for arm amputations that aims to be fully functional and affordable. Like many
innovative projects it is an iterative work, where each new iteration yields a new viable
product that can be useful, but has not yet reached its maximum level of development.
First of all, an in-depth study has been carried out of the different products that
currently resemble our final objective to a greater or lesser extent. Through the State
of the Art we approach different innovative projects developed by several research
entities.
The first project we focused on was: Manus Hand, a hand that seeks to achieve the
maximum number of grip modes with a minimum number of actuators. Then we
studied projects with similar objectives, such as Smarthand, or DARPA Hand that also
seeks to add the abduction and adduction movements to each finger. However, for
this work we have followed, as it is the project most in line with our objectives, i.e.
maximum functionality at minimum cost, the work 6 DOF Open Source Hand that as
its name indicates, is an open source project, which is also based on the simplicity and
high capabilities of the product.
After analysing the state of the art, it seems indispensable, in accordance with what
has been studied in the different previous projects, to have a deep knowledge, to a
greater or lesser extent, of the anthropometry of one's thumb, in order to achieve a
product that is as assimilated as possible to its human characteristics. To this end, in
Chapter 2. Anthropometry of the thumb, the focus is placed on this aspect and two
vital parameters for the design of a finger are studied. On the one hand, the maximum
angles of the movements of the finger and on the other hand the sizes of the finger.
Both parameters will allow to adapt the design to the anthropometric forms taking into
IV
account the mechanical characteristics of the finger itself and its interaction with the
rest of the hand.
In the following chapter the conceptual idea of the finger is worked on. We talk about
aspects such as the type of design, its structure, its shape in general and also other
parameters such as the degrees of freedom, the speed of movement and the forces
that it must support.
Once this conceptual design has been established and having clear aspects such as the
structure, it is vital to carry out a market study of different products that will not be
manufactured but that will condition the design of the finger due to their size or shape.
These products, which are acquired through specific manufacturers, will be the motors
and gearboxes. Linked to this aspect is Chapter 5. Mechanical design of the thumb,
which undoubtedly stands as one of the vital points of this work. This chapter analyzes
the kinematic and dynamic characteristics that allow us to achieve each of the models
previously proposed. This exhaustive study will yield an optimal type of motor and
gearbox for each of the movements we wish to perform.
Once the mechanical aspects of the design have been solved, the focus is on the
manufacture of the parts. As the title of this TFM indicates, additive manufacturing,
commonly called 3D printing, will be the perfect vehicle for designing our products.
Therefore, Chapter 6, 3D printing technologies and their application in biomedicine,
deals with the aspects most closely related to the technologies that will be used to
develop the different parts. On the one hand, we will talk about FDM technology and
on the other hand, about SLA, offering comparisons, printing parameters and the role
they play in the manufacture of the different elements that make up the finger.
Once in Chapter 7. Design and manufacture of the components, the final stage of the
TFM is faced with the design of the elements themselves and their printing. A design
made through CAD models and printed with the different additive manufacturing
technologies. Finally, in Chapter 8. Final design, the design of the first thumb of this
project is completely closed offering the final version that has been reached.
The last two chapters will offer a vision of the future development of this project,
presenting those aspects that today should be improved and other characteristics that
should be implemented over time.
application/pdf
http://uvadoc.uva.es/handle/10324/41378
spa
Impresión tridimensional - Uso terapeútico
Prótesis de dedos
2205 Mecánica
Diseño y desarrollo de un dedo pulgar y su accionamiento mecánico para una mano biónica, mediante tecnologías de impresión 3D
info:eu-repo/semantics/masterThesis
TEXT
UVaDOC. Repositorio Documental de la Universidad de Valladolid
Hispana