Diseño de una prótesis de accionamiento mecánico para amputaciones transfalángicas de la mano

Abstract

Existe una creciente demanda de usuarios que han sufrido de alguna amputación transfalángica, los cuales pueden perder hasta el 50% de su capacidad de devengar ingresos por la pérdida de los dedos de la mano. De esta manera, la obtención de una prótesis con el fin de recuperar la capacidad física de los trabajadores; se vuelve imperativa. Por ello, la presente investigación propone el diseño de una prótesis de accionamiento mecánico para amputaciones transfalángicas de la mano utilizando una metodología iterativa de diseño basada en la norma VDI 2225 en la etapa de diseño conceptual. Se optó por un mecanismo de 4 barras cruzadas en donde para su dimensionamiento se realizó un análisis cinemático con los softwares EES y MatLab, y para el análisis estático, de esfuerzos y de fatiga, se hizo uso de los softwares Inventor y ANSYS. Como resultado, se obtuvo un mecanismo capaz de realizar los movimientos de flexión y extensión dentro del rango angular de la mano, con una resistencia a la fatiga de 9.7 x 104 ciclos a una carga de 19.6 N, además de poder soportar cargas de hasta 5Kg como máximo en agarre cilíndrico. El proceso de fabricación seleccionado fue impresión 3D con filamento de PLA, con un costo máximo estimado de 19.49 USD y un peso máximo estimado de 12.86 gramos para una prótesis del dedo índice.

There is a growing demand from users who have suffered from transphalangeal amputations, who can lose up to 50% of their ability to earn income due to the loss of the fingers of the hand. In this way, obtaining a prosthesis to recover the physical capacity of the workers becomes imperative. Therefore, the present research proposes the design of a mechanically operated prosthesis for transphalangeal amputations of the hand using an iterative design methodology based on the VDI 2225 standard in the conceptual design stage. A mechanism with 4 crossed bars was chosen, where for its sizing a kinematic analysis was carried out with the EES and MatLab software, and for the static, stress and fatigue analysis, the Inventor and ANSYS software were used. As a result, a mechanism capable of performing flexion and extension movements within the angular range of the hand was obtained, with a resistance to fatigue of 9.7 x 10 ^ 4 cycles at a load of 19.6 N, in addition to being able to withstand loads of up to 5Kg maximum in cylindrical grip. The manufacture process selected was 3D printing with PLA filament, with a maximum estimated cost of 19.49 USD and a maximum estimated weight of 12.86 grams for an index finger prosthesis.