Desarrollo de prototipo de prótesis de mano emulada en un ambiente virtual

Abstract

Resumen: Este documento presenta el desarrollo de un prototipo virtual de mano protésica controlada por señales externas de referencia, capaz de manipular poliedros regulares convexos en un ambiente virtual, con el propósito de tener un acercamiento a los protocolos de rehabilitación en pacientes con amputación de miembro superior y a las condiciones de diseño conceptual. El trabajo desarrollado se compone de las siguientes etapas: Inicialmente se realiza una experimentación preliminar con el fin de seleccionar el sensor y/o dispositivo más adecuado para la adquisición de datos espaciales y de señales EMG del paciente. Luego, se realiza el modelo 3D de las prótesis de mano con base en modelos comerciales y de código abierto. Posteriormente, se realiza el desarrollo computacional de la interfaz y el entorno gráfico, en el que se integra la adquisición de los datos de posición del muñón y de las señales EMG del paciente para el control del movimiento de la prótesis virtual dentro del entorno realizado en este trabajo (Dharma 1.0). Finalmente, se realizan pruebas del prototipo Dharma 1.0 en pacientes con afectación en su miembro superior. El prototipo Dharma 1.0 puede considerarse como una herramienta para simular entornos de entrenamiento minimizando la exposición de los pacientes a algún tipo de riesgo. Así mismo, permitiría complementar los ejercicios de rehabilitación mientras que la prótesis definitiva es fabricada. Su integración dentro de la etapa de diseño conceptual de la prótesis permitiría desarrollar diseños más acordes a las necesidades del paciente.

Abstract. This document presents the development of a virtual prototype prosthetic hand operated with external reference signals, capable of handling regular convex polyhedral in a virtual environment, with the purpose of having an approach to rehabilitation protocols in patients with upper limb amputation and to conceptual design conditions. The developed research consists of the following phases: First, preliminary experimentation is performed in order to select the most suitable sensor and/or device for the acquisition of spatial data and EMG signals from the patient. Then, 3D modeling of hand prostheses based on commercial and open source models is performed. Subsequently, the computational development of the interface and graphic environment is performed. The acquisition of the position data of the stump and the EMG signals of the patient is integrated into the environment to control the movement of the virtual prosthesis within the environment developed in this work (Dharma 1.0). Finally, preliminary testing of the prototype Dharma 1.0 is performed in patients with affectation in their upper limb. The Dharma 1.0 prototype can be considered as a tool to simulate training environments minimizing the exposure of patients to some type of risk. Also, it would allow to complement the rehabilitation exercises while the definitive prosthesis is manufactured. Its integration within the conceptual design stage of the prosthesis would allow to develop designs conforming to the needs of the patient.