Desarrollo de un sistema de retroalimentación de la posición y el movimiento de los dedos para la prótesis de A3D de Prótesis Avanzadas

Abstract

RESUMEN : La empresa Prótesis Avanzadas comercializa prótesis mioeléctricas de miembro superior que cuentan con movimientos independientes para cada dedo, actuados a partir de una señal de PWM enviada desde un microcontrolador; donde los comandos de apertura y cierre son controlados mediante temporizadores en el microcontrolador. El presente proyecto comprende el diseño electrónico y la programación de un nuevo sistema de control que integra realimentación de la posición de los dedos, permitiendo una calibración automática y continua. Para lograr este objetivo se identificaron sensores que pudieran ubicarse en la prótesis actual sin afectar sus dimensiones, entre los cuales un potenciómetro engranado con el resto del mecanismo fue seleccionado como la solución definitiva. A partir de este sistema se propuso y validó un sistema de detección de posición y calibración automático para la apertura y cierre de un dedo. Se realizaron pruebas de fatiga al sistema comprendiendo 4000 ciclos de apertura y cierre, a partir de lo cual se validó la estabilidad de la medición y la durabilidad del sistema. Para implementar el sistema en los demás dedos de la mano se realizó el diseño electrónico de una nueva tarjeta electrónica para la prótesis, actualizando también el microcontrolador por un ESP32 y los puentes H por un modelo más pequeño y nuevo. Por último, se desarrollaron las funciones de sincronización de los dedos permitiendo la determinación automática de PWM y temporizadores que aseguren un movimiento coordinado de estos. Como trabajo a futuro se propone la implementación del sistema para las otras funcionalidades de la mano y la realización de pruebas con usuarios.

ABSTRACT : The company Prótesis Avanzadas commercializes myoelectric upper limb prostheses featuring independent movements for each finger, actuated by a PWM signal sent from a microcontroller. The opening and closing commands are controlled through timers on the microcontroller. The present project involves the electronic design and programming of a new control system that integrates feedback of finger positions, allowing for automatic and continuous calibration. To achieve this objective, sensors were identified that could be placed in the current prosthesis without affecting its dimensions, among which a geared potentiometer integrated with the rest of the mechanism was selected as the definitive solution. Using this system, a proposal for an automatic position detection and calibration system for finger opening and closing was suggested and validated. Fatigue tests were conducted on the system, comprising 4000 cycles of opening and closing, confirming the stability of the measurement and the durability of the system. To implement the system in the other fingers of the hand, the electronic design of a new electronic board for the prosthesis was carried out, also upgrading the microcontroller to an ESP32 and the H-bridges to a smaller and newer model. Finally, synchronization functions for the fingers were developed, allowing for the automatic determination of PWM and timers to ensure coordinated movement. As future work, the implementation of the system for other hand functionalities and user testing is proposed.