INGENIERIA MECATRONICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Universidad Nacional de Trujillo Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecatrónica
“DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO.” INFORME DE PROYECTO DE TESIS Autores: Hoyos Bautista, Luis Alberto Correa Chunga, Richard Roger
Asesor Especialista: Ing. Luis Vargas Díaz
Asesor Metodológico: Ing. Luis Julca Verastegui Trujillo, Perú 2014 1 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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“DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO.”
Correa Chunga, Richard Roger Hoyos Bautista, Luis Alberto Nombres y apellidos Autores
Presentada a la Escuela de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad Nacional de Trujillo para su aprobación.
Nombres y Apellidos Presidente
Nombres y Apellidos
Nombres y Apellidos
Secretario
Vocal TRUJILLO – PERÚ
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1
GENERALIDADES 1.1
TITULO:
“DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES
CON
DISCAPACIDAD
FISICA
DE
LA
CIUDAD
DE
TRUJILLO.”
1.2
AUTORES: Correa Chunga, Richard Roger Hoyos Bautista, Luis Alberto
1.3
ASESOR: Ing. Luis Vargas Díaz Email:
[email protected]
1.4
1.5
TIPO DE INVESTIGACIÓN:
De acuerdo al fin que se persigue
:
Tecnológica.
De acuerdo al diseño de contrastación
:
Explicativa.
RÉGIMEN DE LA INVESTIGACIÓN: Libre
1.6
INSTITUCIÓN A LA QUE PERTENECE EL PROYECTO: Universidad Nacional de Trujillo
1.7
LUGAR DONDE SE REALIZA LA INVESTIGACIÓN: Laboratorio de Robótica y Diseño Mecatrónico de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Trujillo.
1.8
DURACIÓN ESTIMADA DEL PROYECTO: 3 Meses 3
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1.9
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:
Octubre
ACTIVIDAD
recolección
de
del
proyecto
12
x x x
información del problema 3) Desarrollo
11
x x
del Proyecto de tesis y
Diciembre
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1) Organización y Planificación
2) Estudio
Noviembre
de
Tesis 4) Redacción del informe de tesis 5) Presentación del informe
x x x x x
x
x
x x x x
x
x x
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1.10 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES: Flujo
Responsable
Actividad
- Asesor Metodológico
1. Presenta Pautas para elaboración de PT de PreGrado
-Tesista
2. Elabora PT y Entrega del PT al Asesor Metodológico
-Tesista
3. Entrega PT a Docentes Revisores
-Docentes Revisores
4. Evalúa Pt. Si hay observaciones
-Docentes Revisores
4.1. Entrega de PT observado a Asesor Especializado
-Tesista
4.2. Levantamiento de observaciones
- Tesista
4.3. Entrega de PT corregido a Docentes Revisores con VºBº del Patrocinador
- Asesor Especializado
-Docentes Revisores
5. Entrega de PT sin observaciones al Tesista
-Asesor Metodológico
6. Informe emitido por la A.M.
- Asesor Metodológico
7. Aprobación y Designación de Jurado de Tesis
- Asesor especialista -Docentes Revisores 5 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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2
PLAN DE INVESTIGACION 2.1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1.1. Delimitación del problema En la actualidad, nuestro país ocurre accidentes donde las personas pierden miembros de su cuerpo lo cual les trae no solo consecuencias físicas sino también psicológicas y debido a que no se han desarrollado la tecnología suficiente pues las personas permanecen amputadas. La amputación del miembro superior, a cualquier nivel, repercute de forma decisiva en todos los aspectos de la vida de la persona afectada por la nueva situación en la mayoría de los casos inesperada, provocando graves repercusiones funcionales, psicológicas y socio labórales, especialmente si está perdida ocurre en edades tempranas o medias de la vida, como sucede en el caso de las amputaciones traumáticas La pérdida de función en una extremidad o la amputación de la misma pueden ejercer un efecto desmesuradamente negativo en la calidad de vida. Asimismo, la asimilación de una disfunción o una discapacidad comporta un proceso igualmente traumático y a menudo la recuperación resulta larga y ardua, pues los cambios en el estilo de vida a los que obliga una situación así, no se producen de la noche a la mañana. Todas las tareas que hasta ahora se resolvían sin esfuerzo cobran de repente una envergadura distinta. Incluso la pérdida de un brazo no dominante, por ejemplo, implica una carga superior para el restante. Sin embargo, la capacidad para realizar tareas normales no es el único escollo, pues también resulta mermada la propia independencia. En el caso de la conducción cabe imaginarse lo problemático que puede resultar dirigir el volante y cambiar de marcha al mismo tiempo con una mano. Sin duda desplazarse resulta más complicado en esta nueva situación. Todos los cambios que se producen tras la pérdida de una extremidad conllevan un efecto emocional parejo al físico. En el pasado estos cambios
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convertían la vida del paciente en una experiencia mucho más difícil y extenuante. Por suerte, en la época moderna la calidad de vida no tiene por qué resentirse tras estas lesiones gracias a múltiples progresos tecnológicos modernos que contribuyen a que una persona recobre su confianza e independencia. La robótica desempeña una labor fundamental en este sentido es por ello que tenemos la responsabilidad moral y obligación de desarrollar este proyecto en este país valiéndonos de las pocas herramientas que tenemos y desarrollar nuestra propia tecnología para intentar dar solución a personas con esta discapacidad. Teniendo en cuenta que la discapacidad de miembro superior es algo frecuente en Perú, con el presente trabajo se quiere realizar el diseño mecánico y de control de una mano, efectuando un estudio previo del tipo de materiales, sensores, actuadores, número de junturas, peso, dimensiones y funcionalidades, para realizar la construcción de un primer prototipo de prótesis activa robótica, que sea funcional, de bajo costo y de fácil adaptabilidad. Actualmente en nuestro país no se desarrolla mucho la robótica debido a la falta de conocimiento y también debida a la falta de tecnología suficiente para implementar algunos centros donde se puedan elaborar prototipos de prótesis, tampoco hay muchas investigaciones desarrolladas para brindar algún tipo de solución a las personas que tienen la ausencia de algún miembro del cuerpo.
2.1.1.1.
Características del problema
o El poco desarrollo de investigación en el ámbito de prótesis en el Perú. o La falta de herramientas necesarias para impulsar el desarrollo de nuestra propia tecnología y así desarrollar el diseño de una prótesis que cumpla con los requerimientos necesarios y además que sea accesible para casi todos los pacientes. 7 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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2.1.2. Definición del Problema de Investigación Dada la complejidad anatómica y funcional que ha de sustituir el dispositivo protésico, los resultados funcionales y de adaptabilidad deberían ser suficientemente capaces de realizar y articular los movimientos básicos de la mano humana para minimizar la pérdida sufrida, y no presentar la inconformidad del paciente por su estado actual. Debido a que nuestro progreso tecnológico nacional experimental en este campo es muy pobre debemos evitar que la prótesis que realicemos sea una suplencia modesta y por el contrario debería cumplir con los requerimientos deseados que sea funcional, de bajo costo y de fácil adaptabilidad.
2.1.3. Enunciado Resumen ¿De qué manera se puede mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidades físicas en Trujillo Mediante el Diseño de una Prótesis? 2.1.4. Objetivos de la Investigación 2.1.4.1.
Objetivos generales
El objetivo general de este trabajo, tiene como finalidad analizar y desarrollar un Sistema Mecatrónico empleado por el hombre con el fin de mejorar la calidad de vida y/o remplazar una función, una parte o un miembro completo del cuerpo humano afectado, también colabora con el desarrollo psicológico del mismo creando una percepción de totalidad al recobrar movilidad y aspecto de dicho miembro permitiendo que un individuo se reintegre a la sociedad.
2.1.4.2.
Objetivos específicos
o Analizar el estado del arte correspondiente a las investigaciones y desarrollos relacionados con el diseño e implementación de manos robóticas, efectores finales y prótesis de mano.
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o Conocer la anatomía, fisiología, patología y mecánica del movimiento referente al miembro superior, con la finalidad de obtener las bases sólidas correspondientes para establecer un diseño óptimo. o Plantear una metodología de diseño creativa, así como la clarificación de objetivos y el establecimiento de funciones para determinar las características propias. o Crear un modelo o diseño mecánico tridimensional de una prótesis robótica en un software de diseño asistido por computador (solidworks) teniendo en cuenta las medidas antropomórficas promedio de una mano humana, la funcionalidad, los costos de los materiales, el mantenimiento, la modularidad y su flexibilidad. o Implementar el prototipo desarrollado con apoyo de impresiones tridimensionales y desarrollar los análisis correspondientes en forma experimental. 2.1.5. Justificación e importancia La necesidad de desarrollar un sustituto ideal que se enfoque a la ejecución de movimientos, trayectorias y que además se aplique como prótesis de parte de la extremidad superior, ha llevado a un gran número de investigaciones en diversas épocas del hombre, desde épocas donde se trabajaba rudimentariamente hasta estas épocas modernas donde se trabaja utilizando la última tecnología, con el objetivo principal de emular movimientos, destreza y habilidades con las que cuenta la extremidad en cuestión. Sin embargo, actualmente existen pocos trabajos relacionados con el diseño e implementación de prótesis de mano a nivel nacional, donde la mayoría de ellos quedan inconclusos por múltiples razones y los que se logran finalizar no cumplen en su totalidad con la ejecución de movimientos y trayectorias, sin dejar de lado el nivel de realismo que en conjunto afectan en parte física, emocional y estética de un individuo. Por lo tanto, adquiere gran relevancia implementar una mano robótica articulada que pueda ser aplicable como prótesis, cumpliendo con las 9 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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funciones principales y desarrollando movimientos adecuados para realizar actividades rutinarias, sin olvidar la apariencia antropomórfica, accediendo con ello a obtener un prototipo funcional óptimo para la manipulación de objetos.
2.2
MARCO TEÓRICO 2.2.1. Antecedentes del estudio
Entre los países con mayor avance tecnológico e investigación sobre prótesis, se encuentran Alemania, Estados Unidos, Francia, Inglaterra y Japón. La mano de Canterbury [Dunlop, 2003] utiliza eslabones mecánicos movidos directamente para actuar los dedos en forma similar a la mano humana. El movimiento directo de los eslabones se utiliza para reducir los problemas que presentan otros diseños de manos. Cada dedo de esta mano tiene 2.25 grados de libertad, la parte fraccionaria se debe al mecanismo para extender los dedos que es compartido por cuatro dedos. Los motores de corriente directa tienen una reducción por engranes 16:1, su tamaño es de 65 mm de largo y 12 mm. de diámetro.
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Figura 5. Mano de Canterbury que utiliza eslabones mecánicos movidos directamente
Los dedos cuentan con sensores de presión en cada articulación y en la punta de los dedos, lo que hace que cada dedo tenga cuatro sensores de presión, dos motores de corriente directa, dos encoders y un sensor de efecto Hall. El pulgar tiene solo un motor y tres sensores de fuerza, mientras que la palma tiene las funciones de abrir todos los dedos y la rotación del pulgar, lo cual implica dos motores, dos encoders, dos sensores de efecto Hall y tres sensores de fuerza. Todo esto da un total de 91 cables, por lo que se requirió un sistema de control distribuido utilizando un PsoC de Semiconductores Cypress. Este microprocesador actualmente solo es capaz de controlar la posición y velocidad, mientras que la cinemática y comandos complejos se calculan en una computadora.
El manipulador desarrollado en la Universidad de Reading, Inglaterra [Harris, Kyberd, 2003] propone el uso de cables Bowden (chicotes) dirigidos a cada unión como el medio para actuar los dos dedos de los que consta. Este diseño simplifica el control de la mano al eliminar el acoplamiento entre juntas y permite la traslación directa y precisa entre las juntas y los motores que mueven los cables. La cinemática de los dedos se simula con mayor precisión al permitir dos grados de libertad con el mismo 11 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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centro de rotación en el nudillo más grande de la mano. Esta mano incluye sensores en las yemas de los dedos para incrementar la precisión en la sujeción.
Figura 6. Manipulador construido en la Universidad de Reading
El manipulador antropomórfico teleoperado (MAT) diseñado en el departamento de ingeniería mecatrónica de la Facultad de Ingeniería de la U.N.A.M. cuenta con trece grados de libertad, de los cuales cuatro están en el pulgar y tres en cada uno de sus otros tres dedos. Esta mano fue diseñada específicamente para teleoperación, pero los principios utilizados se pueden extender al diseño de prótesis. La actuación de cada uno de los grados de libertad se realiza por medio de cables que funcionan como tendones, conectados a servomotores que no están montados sobre la mano, sino en un banco de actuadores. Para la instrumentación de este manipulador se utilizó un control PID.
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Figura 7. Manipulador antropomórfico teleoperado
2.2.2. Bases Teóricas 2.2.2.1.
La Mano Humana-Sistema Óseo
La mano es el órgano terminal de la extremidad superior, que en el ser humano es una de las partes más importantes del cuerpo, por su riqueza funcional, brinda la posibilidad de ser un segmento efector, sensitivo, permite realizar múltiples movimientos y acciones necesarias para la supervivencia y relación con el medio ambiente. La mano humana se compone de 27 huesos divididos en tres grupos: el carpo, los metacarpianos y las falanges, se conecta a la muñeca a través de la palma y está dotada de veinte GDL (grados de libertad) accionados por cerca de cuarenta músculos [4], La estructura ósea de la mano se muestra en la figura 8.
Figura 8. Estructura ósea de la mano
Cada dedo está compuesto por tres falanges (Distal, Intermedia y proximal), a excepción del dedo pulgar que solo tiene dos (Distal y Proximal). El dedo pulgar esta fijo por debajo de los otros dedos y puede realizar los movimientos de cierre y rotación, debido a la gran movilidad de su metacarpo. Esto permite variar la orientación en que 13 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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se desarrolla el movimiento de doblado y extensión del dedo pulgar, propiedad a través de la cual es posible oponer el dedo pulgar a los otros dedos. El dedo pulgar es el agente de la pinza pulgar-dedos, sin él, los movimientos de los dedos constituirían solo prensiones globales en vez de movimientos precisos. El dedo pulgar puede realizar los siguientes movimientos [5]:
Abducción-extensión (figura 9a) que separa el dedo pulgar del eje de la mano, su amplitud es de 35 a 40°, este movimiento abre la mano.
La aducción (figura 2b) que aproxima el dedo pulgar al eje de la mano. Su amplitud es de 35 a 40°.
La oposición (figura 2c) que combinada con la flexión dedo meñique. Se trata de un movimiento de prensión o cierre de la mano y presenta una amplitud de 45 a 60°.
La reposición (figura 2d) devuelve el dedo pulgar a su posición inicial de partida, su amplitud es necesariamente igual a la del movimiento precedente.
b
a
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c
d
Figura 9. Movimientos del dedo pulgar, (a) abducción, (b) aducción, (c) oposición y (d) reposición.
Los dedos presentan principalmente tres articulaciones; articulación metacarpo-falángica (MCP): que une la falange metacarpiana y la proximal de un dedo o pulgar; articulación interfalangica proximal (PIP): localizada entre las falanges media y proximal del dedo; articulación interfalangica distal (DIP): ubicada entre las falanges media y distal del dedo. La figura 10 muestra un esquema del dedo índice y sus falanges y articulaciones.
Figura 10. Falanges y articulaciones del dedo índice
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De acuerdo a estudios de biomecánica de la mano y de medidas antropométricas, en la tabla 1 se presenta las características del dedo índice cuyo aspecto es muy similar a los demás dedos. Tabla 1. Articulaciones y límites de la mano humana.
Parte
Articulación
Angulo
Flexión
Abducción
Extensión
aducción
DIP
1
60
PIP
1
100
MCP
2
90
IP
1
85
MCP
2
50
30
CMC
2
120
45
Dedos
Pulgar
DOF
Angulo
60
La gran cantidad de músculos y articulaciones de la mano ofrece una gran variedad de configuraciones de sujeción que pueden ser divididas en dos grandes grupos: los prensiles y los no prensiles. Los movimientos prensiles son movimientos en los cuales un objeto es agarrado y mantenido parcial o totalmente dentro de la mano y los no prensiles o movimientos en los cuales no son realizadas acciones de agarre pero los objetos pueden ser manipulados, empujados o levantados con la mano entera o con los dedos individuales. En 1919, Schlesinger desarrolló una clasificación de la taxonomía para el estudio de la destreza de las manos humanas y agrupo en seis categorías las estrategias de agarres de la mano humana: agarre cilíndrico, de punta, de gancho, de palma (palmar), esférico y de lado (lateral), como se muestra en la figura 11.
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Figura 11. Agarres prensiles humanos. (A) Cilíndrico, (B) de punta, (C) de gancho, (D) palmar, (E) esférico, (F) lateral.
2.2.2.2.
La Mano Humana-Sistema Muscular
La palabra "músculo" proviene del diminutivo latino musculus, mus (ratón) culus (pequeño), porque en el momento de la contracción los romanos decían que parecía un pequeño ratón por la forma. Los músculos son órganos rojos, blandos, contráctiles que están formados por células alargadas llamadas fibras musculares dispuestas en manojos. Cada fibra es una célula. [6]. Están hechas de filamentos aún más pequeños, llamados miofibrillas que contienen sustancias químicas que pasan de una a otra y hacen que el músculo se contraiga. En las miofibrillas existen dos proteínas la miosina y la actina. En el cuerpo humano se distinguen tres variedades de tejido muscular [7]: El tejido no estriado (liso), que se caracteriza por sus fibras musculares carentes de estrías, es el componente principal de las vísceras y los vasos sanguíneos, figura 12 a. EI músculo estriado cardiacose encuentra exclusivamente en el corazón; es el encargado de realizar los movimientos que impulsan la sangre en su recorrido por todo el cuerpo, y se halla fuera del control voluntario, figura 12 b. 17 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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El músculo estriado o esquelético, como su nombre lo indica, es el que actúa directamente sobre el sistema óseo para producir, bajo control voluntario, movimientos en las articulaciones, figura 12 c.
Figura 12. a) Músculo liso. b) Músculo cardiaco. c) Músculo Esquelético.
La función muscular se verifica mediante las siguientes propiedades: excitabilidad, por la cual el músculo responde a un estímulo con una reacción determinada; la contractilidad, mediante la que se contrae al acortar sus fibras; la elasticidad, que permite que un músculo contraído recupere su forma; y la tonicidad, gracias a la cual el músculo queda siempre semicontraido, ejerciendo de modo permanente una acción sobre los huesos a los que está adherido.
La mecánica de la contracción muscular consiste en la producción de movimientos por el sistema locomotor que consta de los músculos con sus tendones y aponeurosis, y de los huesos con sus articulaciones se rige por la ley de la palanca. Cuando se contraen, los músculos ejercen una fuerza que siempre es de tracción sobre un brazo de palanca ósea, que 18 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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tiene un punto de apoyo, la articulación, para vencer una resistencia que actúa sobre el otro brazo de palanca ósea, así es como consiste, en la figura 13 se aprecia lo antes citado.
Figura 13. Función del músculo estriado.
Se abordarán los músculos esqueléticos (figura 14) que están presentes en la mano humana y que actúan directamente sobre el sistema óseo para producir, bajo control voluntario, todos sus movimientos. El estudio de ellos es relativamente extenso y por esta razón se mencionará en forma breve lo más sobresaliente.
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Figura 14. Músculo estriado o esquelético.
Los movimientos de la mano humana se realizan gracias a 28 músculos provistos en el antebrazo, muñeca y en la propia mano, figura 15. Los músculos localizados en el antebrazo se dividen en tres regiones: lateral, anterior y posterior. En la región anterior se cuenta en un número de ocho y están dispuestos en cuatro planos, ellos son: Profundo, formado par un solo músculo, el pronador cuadrado. Flexor Profundo, que comprende el flexor profundo de los dedos y el flexor largo del pulgar. Flexor Superficial, con un solo músculo, el flexor superficial de los dedos. Superficial, constituido por cuatro músculos que en orden lateral medial son: pronador redondo, flexor radial del carpo (palmar mayor), palmar largo y flexor ulnar del carpo. La región lateral del antebrazo, comprende cuatro músculos, empezando por el más profundo: el supinador, el extensor radial breve del carpo (segundo radial externo), el extensor radial largo del carpo (primer radial externo) y el musculo braquiorradial (supinador largo). La región posterior con ocho músculos, dispuestos en dos planos: Profundo, comprende el abductor largo del pulgar, el extensor breve del pulgar, el extensor largo del pulgar y el extensor del índice. Superficial, integrado por: el extensor de los dedos, el extensor del menique, el extensor ulnar del carpo (cubital posterior) y el anconeo.
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Figura 15. Músculos de la región posterior del antebrazo.
Los músculos de la mano están ubicados en su parte dorsal y palmar. En el dorso se encuentran localizados 4 músculos llamados interóseos dorsales. La zona palmar está dividida en tres regiones (figura 16): Palmar media o Intermedial, se encuentran subdivido en dos grupos de músculos. El primer grupo lo conforman 3 músculos llamados interóseos palmares, y el segundo grupo lo integran 4 músculos nombrados como lumbricales. Hipotenar o Medial, lo integran 4 músculos destinados a la musculatura del meñique: oponente del meñique, flexor corto del meñique, aductor el meñique y el palmar breve.
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Tenar o Lateral, son 4 y están destinados a la musculatura del pulgar, ellos son: Aductor del pulgar, flexor breve del pulgar y el abductor breve del pulgar.
Figura 16. Cara palmar de los músculos de la mano humana.
2.2.2.3.
La Mano Humana-Sistema Sensorial
El sistema sensorial somático nos proporciona algunas de las experiencias más agradables de la vida, así como algunas de las más desagradables. La sensibilidad somática permite a nuestros cuerpos sentir, experimentar dolor, tener escalofríos y saber que están haciendo las diversas partes del cuerpo. Es sensible a muchos tipos de
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estímulos como la presión de objetos contra la piel, la posición de músculos y articulaciones, la distensión de la vejiga y la temperatura de las distintas partes del cuerpo. Cuando lo estímulos pueden ser perjudiciales existe una sensación somática que nos permite percibir estas circunstancias, esto es el dolor [8]. A diferencia de otros sentidos sus receptores están distribuidos por todo el cuerpo. Por otra parte al responder a varios estímulos diferentes se puede considerar como un grupo de al menos cuatro sentidos:
Tacto.
Temperatura.
Posición de partes del cuerpo.
Dolor.
Un estímulo individual suele activar muchos receptores y un solo receptor ya es capaz de codificar características del estímulo, como la intensidad, duración, posición, velocidad Etc. 2.2.2.3.1.
Mecanorreceptores.
La mayor parte de los receptores sensoriales del sistema sensorial somático son mecanorreceptores, que son sensibles a la deformación física. Están presentes en todo el cuerpo, monitorizan el contacto con la piel, la presión del corazón y los vasos sanguíneos, la distensión de los órganos digestivos, y la vejiga, y la fuerza contra los dientes. Se debe distinguir los dos tipos de piel que existen en el cuerpo ya
que
cada
uno
de
estos
tipos
contiene
distintos
mecanorreceptores. La piel lampiña o glabra (sin pelo que aparece en las palmas de las manos), y la piel hirsuta que aparece por ejemplo en el dorso de la mano y los brazos.
En la figura 17 aparecen la mayoría de los mecanorreceptores de la piel.
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El Corpúsculo de Pacini.
Terminaciones de Ruffini.
Corpúsculos de Meissner.
Receptores de Merkel.
Mecanorreceptores de los Folículos pilosos.
Figura 17. Receptores sensoriales somáticos de la piel.
Corpúsculo de Pacini: ampliamente distribuido por todo el cuerpo y abundan en la dermis, tejido subcutáneo, ligamentos, capsulas articulares, peritoneo, etc. Es un mecanorreceptor de adaptación rápida que responde al tacto y a las vibraciones. Terminaciones de Ruffini: se localizan en la dermis de la piel con pelo. Son mecanorreceptores de adaptación lenta. Responden al estiramiento de la piel, responsables de la sensibilidad tactopresión y posturas en las articulaciones distales como en los dedos. Constituyen el 19% de las unidades táctiles de la mano. Corpúsculos de Meissner: se localizan en las papilas dérmicas de la piel, especialmente en las palmas de las manos y en la planta de los pies. Son mecanorreceptores de adaptación rápida, responden al tacto y permiten la discriminación táctil de dos puntos. Constituyen el 43% de las unidades táctiles de la mano. 24 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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Receptores de Merkel: Son células capaces de actuar como receptores sensitivos a la presión. Son células especializadas del epitelio estratificado de la epidermis, concentradas en la palma de la mano y la planta de los pies. Constituyen el 25% de las unidades táctiles de la mano. Mecanorreceptores de los Folículos pilosos: Los folículos pilosos están inervados por terminaciones nerviosas libres. Son mecanorreceptores de adaptación rápida. Responden al tacto y detectan el movimiento de objetos sobre el cuerpo o su contacto inicial con él. Los mecanorreceptores de la piel humana detectan presión, el tacto, la vibración y la sensación táctil. Se dividen en tres clases principales: de adaptación lenta (SA), de adaptación rápida o (RA o FA) y de adaptación muy rápida (VRA). Cada clase de adaptación se divide en dos tipos, a saber, tipo I y tipo II, según su campo receptivo: pequeño con bordes bien definidos para el tipo I y brandes con bordes oscuros para el tipo II (figura 7). Los distintos mecanorreceptores también son sensibles a diferentes frecuencias, así los Corpúsculos de Pacini son más sensibles a vibraciones alrededor de 200-300 Hz, mientras que los corpúsculos de Meissner responden mejor a los 50 Hz. Esto es fácilmente perceptible poniendo la mano sobre la pantalla de un altavoz. Según las diferentes frecuencias del sonido (música) se estimulan los distintos mecanoreceptores percibiendo sensaciones diferentes.
2.2.3. Definición de términos
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Prótesis: es un mecanismo que simula una arte de un organismo funcional, es una extensión artificial que reemplaza o provee una parte del cuerpo que falta por diversas razones Calidad de vida: es un concepto que hace alusión a varios niveles de generalización pasando por sociedad, comunidad, hasta el aspecto físico y mental, por lo tanto el significado de calidad de vida es complejo. La calidad de vida se evalúa analizando cinco áreas diferentes. Bienestar físico(con conceptos como salud , seguridad física) , bienestar material, bienestar social, desarrollo y bienestar emocional Discapacidad: es aquella condición bajo la cual ciertas personas presentan alguna deficiencia física, mental, intelectual o sensoriales que a lo largo plazo afectan la forma de interactuar y participar plenamente en la sociedad. Telemetría : es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envió de la información hacia el operador del sistema.
2.2.4. Hipótesis Desarrollo de una prótesis ortopédica permitirá mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad física en la provincia de Trujillo región La Libertad
2.2.5. Variables 2.2.5.1.
Definición conceptual de la variable La calidad de vida de las personas depende del grado del bienestar físico y mental de la persona con discapacidad Prótesis ortopédica: dependerá del nivel de amputación del individuo.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Pagina web: “Perú liderará crecimiento económico en Sudamérica” http://www.elperuano.com.pe/edicion/noticia-peru-liderara-crecimientoeconomico-sudamerica-5340.aspx#.Ubdrg-eEySp 26 DISEÑO Y CONTROL DE UNA PROTESIS DE UNA MANO ROBOTICA ORTOPEDICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA DE LOS HABITANTES CON DISCAPACIDAD FISICA DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
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[2] Pagina web: “Las universidades desperdician el canon” http://peru21.pe/noticia/662018/universidades-desperdician-canon
[3] Pagina web: “Teoría y Práctica en la Ingeniería” http://ingenieriacivilrd.com/teoria-y-practica-en-la-ingenieria-civil/ [4] G.L. Taylor, R.J.Schwart, “The Anatomy and Mechanics of theHuman Hand”, Artificial Limbs, 1955, Vol.2, pp.22-35. [5] H. Rouviere, A. Delmas., “Anatomía humana descriptiva, topográfica y funcional”, Elsevier, 11 edición, pp. 309-311, 2005. [6] Fuentes, Rogelio Santoyo y De Lara, Salvador Galindo. “Corpus: Anatomía Humana General Volumen I ”, Editorial trillas, México , 1997. [7] Mader, Silvia.,Windelspecht, Michel y Preston, Lynn. “Human Biology”, U.S.A., 2004. [11] E. R. Kandel, J. H. Schwartz, and T. M. Jessel. Principles of Neural Science. McGraw Hill, New York, USA, 4th edition, 2000.
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