Protesis Mioelectrica Del Miembro Superior Derecho

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Unidad Profesional Azcapotzalco. “PRÓTESIS DE MIEMBRO SUPERIOR MIOELÉCTRICA” INTEGRANTES: Castillo Castillo Gerardo. Duran Zenteno Juan. Vargas Luis Israel. Asesores: Ing. José Galván Ramírez. México D. F. Julio del 2005 INDICE CARÁTULA INDICE INTRODUCCION CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN................................................................................................... 1. EL MIEMBRO SUPERIOR............................................................................... 1.1.LOS HUESOS DEL MIEMBRO SUPERIOR......................................................... 1.1.1.La clavícula 1.1.2.La escápula 1.1.3.El húmero 1.1.4.El cúbito 1.1.5.El radio 1.1.6.Los huesos de la mano 1.2.LAS ESTRUCTURAS SUPERFICIALES DEL MIEMBRO SUPERIOR............... 1.2.1.La fascia del miembro superior 1.2.2.Los nervios cutáneos del miembro superior 1.3.EL BRAZO............................................................................................................ 1.3.1.Los músculos del brazo 1.3.2.El músculo bíceps branquial 1.3.3.El músculo branquial 1.3.4.El músculo coracobraquial 1.3.5.El músculo tríceps braquial 1.3.6.El músculo ancóneo 1.3.7.El nervio radial 1.3.8.El nervio mediano 1.3.9.El nervio cubital 1.4.LOS MÚSCULOS DEL ANTEBRAZO................................................................. 1.4.1.Los músculos flexores­pronadores del antebrazo 1.4.2.El músculo pronador redondo 1.4.3.El músculo flexor radial del carpo 1.4.4.El músculo palmar largo 1.4.5.El músculo flexor cubital del carpo 1.4.6.El músculo flexor superficial de los dedos 1.4.7.El músculo flexor profundo de los dedos 1.4.8.El músculo flexor largo del dedo pulgar 1.4.9.El músculo pronador cuadrado 1.5.LOS MÚSCULOS EXTENSORES DEL ANTEBRAZO....................................... 1.5.1.El músculo braquiorradial 1.5.2.El músculo extensor radial largo del carpo 1.5.3.El músculo extensor radial corto del carpo 1.5.4.El músculo extensor de los dedos 1.5.5.El músculo extensor del dedo meñique 1.5.6.El músculo extensor cubital del carpo 1.5.7.El músculo supinador 1.6.LOS MÚSCULOS EXTENSORES PROFUNDOS DEL ANTEBRAZO............... 1.6.1.El músculo separador largo del pulgar 1.6.2.El músculo extensor corto del pulgar 2 3 3 11 16 22 26 30 1.6.3.El músculo extensor largo del pulgar 1.6.4.El músculo extensor del dedo índice 2. PRÓTESIS....................................................................................................... 2.1.DEFINICIÓN....................................................................................................... 2.1.1.Historia. 2.1.2.La historia de las prótesis en México. 2.2.TIPOS DE PRÓTESIS........................................................................................ 2.2.1.Prótesis Estéticas. 2.2.2.Prótesis Activas (Energía Corporal). 2.2.3.Prótesis mioeléctricas. 2.2.4.Prótesis eléctricas (Energía Externa). 2.2.5.Prótesis Híbridas (Energía Corporal, más Energía Externa). 2.3.CONTROL.......................................................................................................... 2.4.MATERIALES PARA CONSTRUCCIÓN DE PRÓTESIS.................................. 2.5.PRÓTESIS MECÁNICAS VS PRÓTESIS ELÉCTRICAS.................................. 2.6.LOS CODOS...................................................................................................... 2.6.1.Codos mecánicos. 2.6.2.Codos eléctricos. 2.7.GANCHOS Y MANOS....................................................................................... 2.8.BATERÍAS.......................................................................................................... 2.9.USANDO UNA PRÓTESIS MIOELÉCTRICA................................................... 2.9.1.Cuando es el mejor momento para usar un brazo mioeléctrico? 2.9.2.Porque es importante el entrenamiento? 2.9.3.Cuales son las fases del entrenamiento mioeléctrico? 2.9.3.1.Entrenamiento para las señales. 2.9.3.2.Entrenamiento para el control. 2.9.3.3.Entrenamiento para las funciones. 2.10.TIPS.................................................................................................................. 2.11.RECREACIÓN.................................................................................................. 2.12.AVANCES EN PRÓTESIS............................................................................... 34 34 3.SEÑAL EMG.................................................................................................... 3.1.ELECTROMIOGRAFIA...................................................................................... 3.2.SEÑAL EMG...................................................................................................... 3.2.1.Aplicaciones de la señal EMG 3.2.2.Aplicaciones médicas 3.2.3.Aplicaciones de control 3.3.PRÓTESIS MIOELÉCTRICA............................................................................. 3.3.1Retroalimentación 3.3.2.Entrenamiento 3.3.3.Tendencias y futuras prótesis 3.4.ORIGEN Y ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL EMG............................................... 3.4.1.Origen de la señal EMG 3.4.2.Descomposición de la señal EMG 3.5.PROCESO FÍSICO QUÍMICO........................................................................... 47 47 47 36 39 39 39 40 41 42 43 44 44 45 49 50 52 3.6.ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL EMG................................................................. 3.6.1.Tipos de electrodos 3.6.2.Posición de los electrodos 3.6.3.Interferencias 3.6.4.Variación de la señal EMG en distintos brazos 3.6.5.Relación fuerza ­ señal EMG 3.7.DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL EMG............................................................. 3.8.ESTRUCTURA TEMPORAL DE LA SEÑAL EMG............................................ 3.9.CLASIFICACIÓN DE PATRONES MIOELÉCTRICOS...................................... 3.9.1.Clasificación vs. Estimación 3.9.2.Representación formal de la señal 3.10.PATRONES MIOELÉCTRICOS....................................................................... 3.10.1.Espacio de la señal de entrada X 3.10.2.Espacio de la señal de salida Y 3.10.3.Espacio de características F 3.10.4.Numero de canales L 53 56 57 59 62 CAPITULO 2 INTRODUCCIÓN........................................................................................... 1. ACCIDENTES............................................................................................ 1.1.POR QUÉ SE PRODUCEN LOS ACCIDENTES................................................ 1.2.CAUSAS BÁSICAS Y CAUSAS INMEDIATAS.................................................. 1.3.CAUSAS BÁSICAS............................................................................................. 1.3.1.factores de trabajo. 1.4.CAUSAS INMEDIATAS....................................................................................... 1.4.1.Actos inseguros. 1.4.2.Condiciones inseguras. 1.4.3.¿qué tiene que ocurrir para que se produzca una lesión? 1.5.ACTOS INSEGUROS Y FALLOS TÉCNICOS.................................................... 1.6.DEFECTOS PERSONALES................................................................................ 1.7.FRECUENCIA...................................................................................................... 1.8.PREVENCIÓN...................................................................................................... 1.9.CAUSAS CONGÉNITAS...................................................................................... 66 67 67 67 67 2.ESTADÍSTICAS............................................................................................ 2.1.QUÉ ES UNA AMPUTACIÓN?............................................................................ 2.2.¿CUÁL PUEDE SER LA CAUSA DE UNA AMPUTACIÓN?.............................. 2.3.LAS LESIONES DE MANO POR RIESGOS DE TRABAJO EN EL INSTITUTO MEXICANO DEL SEGURO SOCIAL............................................... 2.4.LESIONES DE MANO Y PUESTOS DE TRABAJO........................................... 73 73 73 2.5.SECUELAS EN MANO POR ACCIDENTE DE TRABAJO, EN LA DELEGACIÓN NO.1 DEL INSTITUTO MEXICANO DEL SEGURO SOCIAL. 1995........................................................................................... 2.6.MEDIDAS DE SEGURIDAD EN INSTRUMENTOS Y PROCEDIMIENTOS DE 2.3.7 TRABAJO Y LA INCIDENCIA DE HERIDAS EN MANO EN CARNICEROS 2.3.8 DE SUPERMERCADOS......................................................... 68 70 70 71 71 72 74 75 75 76 3.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA........................................................ 4.PROPUESTA DE SOLUCION.................................................................... 4.1.ESTRUCTURA Y ARTICULACIONES............................................................... 4.2.MATERIALES..................................................................................................... 4.3.MOVILIDAD........................................................................................................ 4.4.FUNCIONAMIENTO........................................................................................... 4.5.ESTÉTICA.......................................................................................................... 4.6.CHALECO.......................................................................................................... 4.7.ALIMENTACIÓN................................................................................................ 76 77 77 78 80 82 85 86 87 CAPITULO 3 INTRODUCCIÓN........................................................................................... 1.CALCULOS MECÁNICOS......................................................................... 2.CALCULOS ELÉCTRICOS........................................................................ 90 91­127 128­136 CAPITULO 4 INTRODUCCIÓN........................................................................................... 1.ESTUDIO DE MERCADO.......................................................................... 2.COSTOS DE PRODUCCIÓN..................................................................... 3.ESQUEMA DE COSTOS........................................................................... 4.MATERIA PRIMA...................................................................................... 5.MAQUINADO............................................................................................. 6.VERIFICACION E INSPECCION............................................................... CONCLUSIONES ANEXOS DIBUJOS BIBLIOGRAFIA 138 139 139 140 144 150 152 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Capitulo 1 · Miembro Superior. · Prótesis. · Señal EMG. El cuerpo humano es irreemplazable, debido a la complejidad de los sistemas que lo componen; aunque es posible simular algunos de sus movimientos, pero es necesario conocer que tipo de movimientos puede realizar para imitarlos. Por lo que en este capitulo se estudia como funciona el miembro superior y que tipo de movimientos puede realizar. 1 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica INTRODUCCIÓN. Este proyecto sustituirá el funcionamiento del miembro superior por lo que es necesario comprender como funciona el brazo humano, para de esa forma poder realizar una replica de los movimientos por medio del uso de algunos instrumentos mecánicos manipulados de alguna forma con señales eléctricas. Dada la complejidad biomecánica de la mano humana, no es de sorprender que la capacidad de los individuos de agarrar objetos después de un tratamiento debido a una lesión severa o parálisis, raramente se reestablecerá en un 100%. Es pues de esperarse que la perdida total o parcial de una de las extremidades, establezca un reto importante para poder restablecer o restituir una parte de la funcionalidad, sustituyendo o no, el miembro perdido. En el caso de que se quiera sustituir con una prótesis el miembro faltante se deben considerar tres cosas: ­ ­ ­ Entender la funcionalidad de músculos, huesos y articulaciones que en conjunto dan movimiento y habilidad a la extremidad. Evaluar la biomecánica de la mano, a fin de entender y manejar una prótesis que se basa en este estudio. Reconocer que la mano humana es también un sistema mecánico y los principios de la mecánica y física pueden ser aplicados en un prototipo. En este prototipo emplearemos un tipo de señal para manipular el brazo que se denomina señal electromiográfica o mioeléctrica. La señal mioeléctrica se adquiere de los músculos con electrodos de superficie y guarda relación directa con su nivel de contracción. A partir de las señales mioeléctricas es posible extraer señales de control que gobiernen otros dispositivos. El problema de extraer las señales de control de manera certera es un problema de reconocimiento de patrones. Tanto el desarrollo teórico como el practico que aquí se presentan, siendo completos, tienen carácter introductorio, y pueden ser tomados como un buen punto de partida para desarrollar futuros trabajos de interés en el campo del control mioeléctrico. 2 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1. EL MIEMBRO SUPERIOR. 1.1 LOS HUESOS DEL MIEMBRO SUPERIOR El miembro (extremidad) superior se caracteriza por la movilidad y la capacidad para sujetar y manipular. Estas características se dan sobre todo en la mano cuando se efectúan actividades manuales, como abrocharse el botón de una camisa. El miembro superior no suele contribuir al soporte del peso, y su estabilidad se sacrifica en aras de la movilidad. Los dedos de la mano (incluido el pulgar) son los más móviles, pero otras partes también lo son con respecto a los elementos homólogos del miembro inferior. El miembro superior se compone de cuatro segmentos (Fig. 1.1): · La cintura escapular o anillo aseo, incompleto por la cara posterior, formada por las escápulas y las clavículas, que se completa por delante con el manubrio del esternón. · El brazo, parte situada' entre el hombro y el codo, que contiene el húmero y comunica el hombro con el codo. · El antebrazo, que comunica el codo con la muñeca y contiene el cúbito y el radio. · La mano o parte del miembro superior distal al antebrazo, donde se encuentran el carpo, el metacarpo y las falanges; se compone de muñeca, palma, dorso de la mano y dedos, incluido el pulgar. Figura 1.1. Las regiones y los huesos del miembro superior. Visión anterior. Las articulaciones dividen el esqueleto apendicular superior y, en consecuencia, el propio miembro en cuatro grandes regiones: hombro, brazo, antebrazo y mano. La cintura pectoral es un anillo óseo, incompleto por la cara posterior, que da inserción y apoyo a los miembros inferiores y protege las estructuras torácicas superiores, la parte inferior del cuello y la axila. La cintura escapular y los huesos de la parte libre del miembro superior forman la parte libre superior del esqueleto apendicular; la cintura escapular y los huesos de la parte libre del miembro inferior constituyen la parte inferior. La cintura escapular, formada por la escápula y las clavículas y unidas al manubrio del esternón comunica las porciones libres de ambos miembros superiores con el esqueleto axial (huesos de la cabeza, cuello y tronco). Pese a su extraordinaria movilidad, la cintura escápula se encuentra apoyada y estabilizada por músculos que se insertan en las costillas, el esternón y las vértebras. 3 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.1.1 La clavícula La clavícula, un hueso largo con doble curvatura, conecta el miembro superior con el tronco. Su extremidad (medial se ensancha con forma triangular y en ella se articula el manubrio del esternón por la articulación esternoclavicular (SC). Lateralmente, la clavícula se articula con acromion de la escápula (Fig. 1.2). Su extremidad acromial (lateral) es plana en la zona de articulación acromioclavicular (AC) (Fig. 1.2B). Los dos tercios mediales del cuerpo (diáfisis) de la clavícula son convexos por delante, y el tercio lateral se aplana y es cóncavo por la cara anterior. Estas curvaturas aumentan la elasticidad de la clavícula y le dan el aspecto de una "S" mayúscula alargada. La clavícula:. Sirve como puntal (soporte rígido), del que se suspenden la escápula y el miembro libre, y se mantiene lejos del tórax. El brazo alcanza así su máxima movilidad; este puntal es móvil y explica que la escápula se mueva hacia la pared torácica (por la "articulación escapulotorácica" conceptual), aumentando el arco de movimiento del miembro; cuando este puntal queda en posición fija sobre todo después de su elevación permite que las costillas se eleven para la inspiración profunda. Forma uno de l6 límites óseos del conducto cervicoaxial (vía de paso entre el cuello y el brazo), que protege el paquete neurovascular del miembro superior. Transmite los choques (impactos traumáticos) del miembro superior del esqueleto axial. La clavícula, aunque diseñada como hueso largo, no posee cavidad medular, sino que se compone de hueso esponjoso con una cáscara de hueso compacto. La superficie de la clavícula, justo debajo de la piel y del músculo pIatisma (que significa lámina plana en griego) del tejido subcutáneo, es lisa. El tubérculo del toideo es una prominencia que señala la inserción del deltoides, músculo responsable del contorno redondeado del hombro. La cara inferior de la clavícula es rugosa , porque existen robustos ligamentos que la unen con la 1a costilla, cerca de su extremo esternal, y suspenden la escápula de su extremo acromial. El tubérculo conoideo próximo a la extremidad acromial de la clavícula, ofrece la inserción al ligamento conoideo porción medial del ligamento coracoclavicular. El surco del tercio medio de la clavícula es el lugar donde se inserta el músculo subclavio. Más medidamente se sitúa la impresión del ligamento costoclavicular que une la 1ª costilla a la clavícula. Cerca de la extremidad acromial de la clavícula está la línea trapezoidea , en la que se inserta el ligamento trapezoideo; es la porción lateral del ligamento coracoclavicular. 4 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Figura 1.2. Los huesos del miembro superior. A. Visión anterior del esqueleto apendicular superior. La clavícula y la escápula (omóplato) de los lados derecho e izquierdo forman la cintura escapular; los demás huesos representan el esqueleto del miembro libre. B. Visión superior de la parte apendicular superior y torácica del esqueleto axial. Obsérvese la relación entre la escápula y las costillas, así como las vértebras torácicas. La escápula cubre partes de la 2a a la 7a costillas. El miembro superior se apoya y queda estabilizado por los músculos toracoapendiculares , que se extienden desde las costillas y las vértebras (esqueleto axial) hasta el miembro (esqueleto apendicular), creando una “articulación escapulotorácica” conceptual entre la escápula y la pared torácica. 1.1.2 La escápula La escápula (omóplato) es un hueso triangular y plano de la cara posterolateral del tórax que cubre la 2ª a la7ma costilla. La cara costal, cóncava, de casi toda la escápula forma una gran fosa subescapular la cara posterior, convexa, está dividida de manera desigual por la escápula en una pequeña fosa supraespinosa y una fosa infraespinosa, mucho mayor. Las superficies óseas anchas de las tres fosas ofrecen inserción para músculos poderosos. El cuerpo de la escápula, triangular, es fino y translucido por encima y por debajo de la espina, aunque sus bordes, sobre todo el lateral, es algo mas Grueso. La espina de la escápula, una robusta cresta ósea, se continúa lateralmente en forma de una expansión plana, el acromion, que forma la "punta subcutánea del hombro" y se articula con el extremo acromial de la clavícula. La superficie lateral de la escápula da la cavidad glenoidea en la parte superolateral, donde se articula la cabeza del 5 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica humero por la articulación escapulohumeral (hombro) (Fig. 1.2B). La apófisis coracoides se encuentra encima de la cavidad glenoidea y se proyecta anterolateralmente. El tamaño, la forma y la dirección de esta apófisis se parecen a la de un dedo doblado que apuntara hacia el hombro. La escápula dispone de bordes medial, lateral y superior, y ángulo superior, lateral e inferior. Cuando el cuerpo de la escápula está en posición anatómica, el borde medial fino de la escápula sigue paralelo y unos 5 cm. lateral a las apófisis espinosas de las vértebras torácicas (fig. 1.2B); por eso suele denominarse borde vertebral. El borde lateral de la escápula asciende lateralmente desde el ángulo inferior hacia el vértice de la axila; de aquí que, a menudo, se conozca como borde axilar. El borde lateral contiene una barrita ósea gruesa que impide que la región de la escápula que soporta la carga se combe. El borde lateral termina en el ángulo lateral troncal de la escápula, porción más densa del hueso donde se encuentra la cavidad glenoidea, la apófisis ensanchada y adyacente es la cabeza de la escápula . La constricción entre la cabeza y el cuerpo representa el cuello de la escápula. El borde superior de la escápula se caracteriza por la escotadura supraescapular (escotadura escapular), cerca de la unión de los dos tercios mediales con el lateral. La escotadura se encuentra allí donde el borde superior se une con..la base de la apófisis coracoides. El borde superior es el más fino y corto de los tres. La cavidad glenoidea, que aloja la cabeza del húmero, es una fosa delgada, cóncava y ovalada, que mide unos 4 cm. de longitud y 2 a 3 cm. de anchura; esta cavidad mira anterolateralmente y algo hacia el plano superior. La escápula puede efectuar un movimiento considerable sobre la pared torácica por la articulación escapulotoracica conceptual. Estos movimientos, que dan libertad miembro inferior, se comentan más adelante, junto con los de la escápula. Además de ofrecer inserción para los músculos, la cavidad glenoidea de la escápula forma la cavidad de la articulación del hombro. Fig. 1.3 6 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.1.3 El húmero El húmero (el hueso del brazo), el hueso más grande del miembro superior, se articula con la escápula por la articulación escapulohumeral (hombro), y con el radio y el cubito por la articulación del codo (Fig. 1.2). El extremo proximal del húmero tiene una cabeza, un cuello y los tubérculos mayor y menor. La cabeza del humero, con forma esférica, se articula con la cavidad glenoidea de la escápula. El cuello anatómico del humero lo forma el surco que circunscribe la cabeza y separa ésta de los tubérculos mayor y menor. La unión de la cabeza y el cuello con el cuerpo del húmero está marcada por los tubérculos (tuberosidades) mayor y menor, que ofrecen inserción y palanca para algunos músculos escapulohumerales. El tubérculo mayor (troquiter) se encuentra en el borde lateral del húmero y el tubérculo menor (troquín) se proyecta hacia delante. El surco intertubercular (surco bicipital) separa los tubérculos. El cuello quirúrgico del húmero es la parte estrecha, distal a los tubérculos y a las crestas que descienden de éstos, que flanquean el surco intertubercular. El cuello quirúrgico es una zona frecuente de fractura del húmero. El cuerpo del húmero se caracteriza por dos rasgos llamativos: la tuberosidad deltoidea, lateral, para la inserción del músculo deltoides, y el surco oblicuo del nervio radial, en la cata posterior, donde se alojan el nervio radial y la arteria braquial profunda, que pasan entre las cabezas medial y larga y luego lateral del músculo tríceps braquial. La extremidad inferior del húmero se ensancha en las crestas supracondileas medial y lateral, y después termina en unas proelongaciones medial y lateral, ésta muy prominente, los epicondilios , lugares de inserción muscular. La extremidad distal del húmero está formada por los epicóndilos, la tróclea, el cóndilo humeral y las fosas olecraneana, coronoidea y radial (Fig. 1.5). En la extremidad distal hay dos caras articulares: el cóndilo humeral, lateral, que se articula con la cabeza del radio, y la tróclea, medial, que lo hace con la extremidad proximal (escotadura troclear) del cúbito (Fig. 1.1). Encima y delante de la tróclea se encuentra la fosa corono idea, que recibe la apófisis coronoides del cúbito durante la flexión completa del codo, y detrás, la fosaoleocraneana, que acomoda el olécranon del cúbito durante la extensión completa del codo. Encima y delante del cóndilo humeral, la fosa radial, delgada, aloja el borde de la cabeza del radio cuando el antebrazo está totalmente flexionado. Fig. 1.5 7 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.1.4 El cúbito El cúbito ­hueso estabilizador del antebrazo­ es el más medial y largo de los dos huesos del antebrazo (Fig. 1.6 y 1.7). Su extremidad proximal tiene dos proyecciones llamativas, el olécranon, que se proyecta proximalmente desde la cara posterior, y la apófisis coronoides, que lo hace hacia delante. La cara anterior del olécranon da la pared posterior de la escotadura trodear, que se articula con la tróclea del húmero. En la cara lateral de la apófisis coronoides aparece una concavidad redonda y lisa, la escotadura radial, que se articula con la cabeza del radio. Debajo de la apófisis coronoides se encuentra la tuberosidad del cúbito (Fig. 6.6). para la inserción del tendón bicipital. La extremidad proximal del cúbito se parece a una llave para tubos: el olécranon representa la mordaza superior (maxilar superior), y la apófisis coronoides, la inferior (mandíbula); la escotadura troclear constituiría la "boca de la llave". El olécranon y la apófisis coronoides sujetan la tróclea del húmero de manera parecida a como una llave sujeta el tubo (Fig. 1.6, B y C). Debajo de la escotadura radial, en la cara lateral del cúbito, aparece una cresta destacada, la cresta del músculo supinador. Entre ella y la parte distal de la apófisis coronoides se encuentra una concavidad, la fosa del músculo supinador. La porción profunda del músculo supinador se inserta en la cresta y la fosa que llevan su nombre. El cuerpo del cúbito es grueso y cilíndrico en la parte proximal, pero se adelgaza en sentido distal (Fig. 1.7 A). En su extremidad distal, estrecha, se observa un ensanchamiento repentino, que crea la cabeza, con forma de disco, y una pequeña apófisis estiloides, cónica. La cabeza del cúbito tiene una localización distal (es decir, en la muñeca). La articulación entre el cúbito y el húmero facilita, ,en principio, sólo la flexión y la extensión del codo, si bien durante la pronación y supinación del antebrazo se produce cierto grado de "bamboleo" (separación­aproximación). Fig. 1.6 8 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.1.5 El radio El radio es el más lateral y corto de los dos hueso del antebrazo. Su extremidad proximal consta de una cabeza cilíndrica corta (como un disco grueso), un cuello y una tuberosidad que se dirige medialmente (Fig. 1.7, A Y B). En la zona proximal, la cara superior lisa de la cabeza del radio es cóncava, y en ella se articula el cóndilo humeral duran te la flexión y extensión del codo. La cabeza también se articula en la periferia con la escotadura radial del cúbito; así pues, la cabeza está cubierta de cartílago articular. El cuello del radio está relativamente estrechado entre la cabeza que lo desborda y la tuberosidad. La tuberosidad del radio, ovalada , separa la extremidad proximal (cabeza y cuello) del radio del cuerpo. El cuerpo del radio posee una convexidad lateral y va ensanchándose de forma paulatina en su descenso. La extremidad distal del radio es, en esencia, rectangular en una sección transversal. La cara medial da una concavidad, la escotadura cubital, donde se aloja la cabeza del cúbito. De la cara lateral. se extiende la apófisis estiloides del radio. El tubérculo dorsal, que se proyecta hacia la parte posterior (Fig. 1.7, A­C), se encuentra entre los surcos que dan paso a los tendones de los músculos del antebrazo (Fig. 1.7 D). La apófisis estiloides radial es mucho más grande que la cubital y se extiende casi un través de dedo más en sentido distal. Esta relación tiene interés clínico cuando se fracturan el cúbito, el radio o ambos a la vez. Fig. 1.7 9 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.1.6 Los huesos de la mano El esqueleto de la muñeca el carpo consta de ocho huesos, dispuestos en dos hileras de cuatro (Fig. 1.8). Estos pequeños huesos explican la flexibilidad de la muñeca. El carpo tiene una gran convexidad posterior, de lado a lado, y una concavidad anterior. Las dos hileras de huesos se des­ lizan sobre sí aumentando el movimiento por la articulación radiocarpiana o de la muñeca; además, cada hueso se desliza sobre los vecinos. Los huesos del carpo están unidos por ligamentos interóseos. De la cara lateral a la medial, los cuatro huesos de la hilera proximal son: · El escafoides, un hueso con forma de barquilla, que se articula proximalmente con el radio y tiene un prominente tubérculo. · El semilunar, un hueso con forma de semiluna, que se articula proximalmente con el radio y es más ancho por delante que por detrás. · El piramidal, un hueso de forma piramidal, con tres ángulos, que se articula proximalmente con el disco articular de la articulación radiocubital distal. · El pisiforme, un pequeño hueso, con forma de guisante, que radica en la cara palmar del piramidal. Los cuatro huesos de la hilera distal del carpo son, de la cara lateral a la medial: · El trapecio, con cuatro lados. · · El trapezoide, con forma de cuña. . El grande, con una cabeza redonda. · El ganchoso, de forma cuneiforme, con una apófisis denominada gancho. Las caras proximales de la hilera distal de huesos se articulan con la hilera proximal de los huesos del carpo, y las dístales, con los metacarpianos. El esqueleto de la mano, entre el carpo y las falanges metacarpo, se compone de los cinco huesos metacarpianos. Cada hueso tiene un cuerpo y dos extremidades. Las extremidades dístales o cabezas de los metacarpianos se articulan con las falanges proximales y forman los nudillos del puño; las extremidades proximales o bases de los metacarpianos se articulan con los huesos del carpa. El 1er metacarpiano (del dedo pulgar) es el más grueso y corto de todos. El 3er metacarpiano se caracteriza por la apófisis estiloides, situada en la cara lateral de su base. Cada dedo consta de tres falanges, salvo el 1o (el pulgar), que sólo tiene dos (sin embargo, son más robustas que las de los demás dedos). Cada falange tiene una base proximal, una cabeza distal y un cuerpo situado entre ambas (Fig. 1.8). Las falanges proximales son más grandes, las medias tienen un tamaño intermedio y las dístales son las más pequeñas. Cada falange terminal se aplana y expande en su extremidad distal para dar el lecho inguinal. 10 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fig. 1.8. 1.2 LAS ESTRUCTURAS SUPERFICIALES DEL MIEMBRO SUPERIOR El tejido subcutáneo (fascia superficial), que contiene la grasa y la fascia profunda que rodea los músculos, se encuentra en la profundidad de la piel. Si nada se interpone (ni músculo, ni tendón, ni bolsa, por ejemplo) entre la piel y el hueso, la fascia profunda suele insertarse en el hueso. 1.2.1 La fascia del miembro superior La fascia de la región pectoral se inserta ,en la clavícula y en el esternón. La fascia pectoral envuelve el músculo pectoral mayor y se continúa por abajo con la fascia de la pared anterior del abdomen. La fascia pectoral abandona el borde lateral del músculo pectoral mayor, transformándose en la fascia axilar que forma el suelo de la axila. Una capa de fascia la fascia clavipectoral se extiende desde la fascia axilar, envolviendo los músculos pectoral menor y sub­ clavio, para insertarse por último en la clavícula . La porción de la fascia clavipectoral, situada encima del músculo pectoral menor la membrana costocoraeoides, es perforada por el nervio pectoral lateral que inerva, sobre todo, el músculo pectoral mayor. La parte de la fascia cla­ vipectoral situada debajo del músculo pectoral menor del ligamento suspensorio de la axila soporta la fascia axilar y tira hacia arriba de ésta y de la piel infrayacente durante la separación del brazo, creando la axila. Una vaina de la fascia profunda la fascia braquial envuelve el brazo a modo de funda Y se conti­ núa, por arriba, con las capas pectoral y axilar de la fascia. La fascia braquial se inserta, por abajo, en los epicóndilos del húmero y en el olécranon del cúbito, y se continúa con la fascia antebraquial, la fascia profunda del antebrazo. Existen dos tabiques intermusculares los tabiques intermusculares medial y lateral, que se extienden desde la cata profunda de la fascia braquial hasta las crestas supracondileas mediar y lateral del húmero, dividiendo el brazo en los compartimientos faciales anterior (flexor) y posterior (extensor); cada uno de ellos contiene músculos que cumplen funciones similares, nervios y vasos sanguíneos. Estos compartimientos faciales están separados por una membrana interósea que comunica el radio con el cúbito. 11 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica La fascia antebraquial se engruesa por la cara posterior sobre las extremidades dístales del radio y del cúbito, dando una banda transversa, el retináculo extensor, que mantiene los tendones de los músculos extensores en su posición. La fascia antebraquial también se engruesa por la cara anterior, que se continúa con el retináculo extensor, aunque carezca de nombre oficial; algunos autores la identifican como ligamento palmar del carpo. Inmediatamente distar, pero en un plano más profundo que el anterior, la fascia antebraquial se continúa como retináculo flexor (ligamento transverso del carpo). Este fascículo fibroso se extiende entre las prominencias anteriores de los huesos externos del carpo y transforma la concavidad anterior del carpo en un túnel del carpo, por el que pasan los tendones de los músculos flexores y el nervio mediano. La fascia profunda de la mano se continúa con la antebraquial a través de los retináculos extensor y flexor. La parte central de la fascia palmar la aponeurosis palmar es gruesa, tendinosa y triangular; esta situada encima del compartimiento central de la palma y tiene un vértice proximal, que se continúa con el tendón del músculo palmar largo (cuando está presente este músculo). La aponeurosis da cuatro engrosamientos característicos, que se irradian a las bases de los dedos y se continúan con las vainas tendinosas fibrosas de los dedos. Estas bandas son atravesadas distalmente por el ligamento transverso del metacarpo, superficial, que forma la base de la aponeurosis palmar triangular. Desde la aponeurosis palmar hasta la piel se extienden innumerables ligamentos cutáneos diminutos y robustos. Estos ligamentos mantienen la piel unida a la aponeurosis y permiten un ligero deslizamiento de aquélla. 1.2.2 Los nervios cutáneos del miembro superior Los miembros cutáneos del miembro superior siguen un patrón general, fácil de entender si se recuerda que durante el desarrollo los miembros crecen como protrusiones laterales del tronco y que el 1er dedo (dedo pulgar de la mano o dedo gordo del pie) se encuentra en la cara craneal (el pulgar se dirige hacia arriba). Así pues, la cara lateral del miembro superior es más craneal que la medial . Cuando se separa el miembro hasta el plano horizontal con el pulgar dirigido hacia arriba, se puede observar la progresión de la inervación segmentaría de las distintas regiones cutáneas en torno al miembro extendido (Fig. 1.9): · · · · · · · Los nervios C3 y C4 inervan la región de la base del cuello y se extienden lateralmente sobre el hombro. El nervio C5 inerva la cara lateral del brazo (es decir, la cara superior con el miembro extendido). El nervio C6 inerva la cara lateral del antebrazo y el pulgar. El nervio Cl inerva los dedos medio y anular y la parte media de la cara posterior del miembro. El nervio C8 inerva el dedo meñique, la cara medial de la mano y el antebrazo (es decir, la cara inferior del miembro extendido). El nervio TI inerva la parte media del antebrazo hasta la axila. El nervio T2 inerva una pequeña parte del brazo y la piel de la axila. La mayoría de los nervios cutáneos del miembro superior derivan del plexo braquial, una gran red nerviosa formada por los ramos ventrales del 5to nervio cervical hasta el 1er nervio torácico. Sin 12 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica embargo, los nervios para el hombro provienen del plexo braquial, una red nerviosa compuesta por una serie de bucles nerviosos creados entre los ramos primarios adyacentes de los cuatro primeros nervios cervicales, que también reciben ramos comunicantes grises del ganglio cervical superior. El plexo cervical radica en la profundidad del músculo esternocdomastoideo, sobre la cara anterolateral del tronco. Los nervios cutáneos del brazo y del antebrazo son los siguientes: Los nervios supraclaviculares (C3, C4) pasan delante de la clavícula, inmediatamente detrás del platisma, e inervan la piel de la clavícula y la cara superolateral del músculo pectoral mayor. · Los nervios cutáneos posteriores del brazo, ramos del nervio radial, se distribuyen por la piel de la cara posterior del brazo. · El nervio cutáneo posterior del antebrazo, también ramo del nervio radial, se dirige a la piel de la cara posterior del antebrazo. · El nervio cutáneo superolateral del antebrazo, ramo terminal del nervio axilar, emerge debajo del borde posterior del músculo deltoides y se dirige a la piel situada en la parte inferior de este músculo y en la cara lateral del antebrazo en un trayecto corto, bajo la inserción distal, hasta alcanzar la cara lateral del brazo algo por encima de la zona media. · El nervio cutáneo inferolateral del brazo, ramo del nervio radial, llega a la piel de la cara inferolateral del brazo y suele ser un ramo del nervio cutáneo posterior del antebrazo. · El nervio cutáneo lateral del antebrazo, ramo terminal del nervio musculocutáneo, inerva la piel de la cara lateral del antebrazo. · El nervio cutáneo medial del brazo emerge del fascículo medial del plexo braquial, se une en la axila con el ramo cutáneo lateral del 2o nervio intercostal e inerva la piel de la cara medial del brazo. · El nervio intercostobraquial, ramo cutáneo lateral del 2o nervio intercostal de C2, también contribuye a la inervacion de la piel en la cara medial del brazo. · El nervio cutáneo medial del antebrazo sale del fascículo medial del plexo braquial y se dirige a la piel de las caras anterior y medial del antebrazo. · 13 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fig. 1.9 A 14 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fig. 1.9 B 15 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.3 EL BRAZO El brazo se extiende desde el hombro hasta el codo. La articulación del codo permite dos tipos de movimiento: flexión­extensión y pronación­supinación. Los músculos responsables de estos movimientos se dividen de manera clara en los grupos anterior y posterior. La acción principal de ambos grupos tiene lugar en el codo, aunque algunos músculos también actúen sobre la articulación escapulohumeral. La parte superior del húmero ofrece inserción para los tendones de los músculos del hombro. Fig. 1.10 1.3.1 Los músculos del brazo De los cuatro músculos del brazo, los tres flexores (bíceps braquial, braquial y coracobraquial) se encuentran en el compartimiento anterior y son inervados por el nervio musculocutáneo (Fig. 1.10), Y el extensor (tríceps braquial) esta en el compartimiento posterior y es inervado por el nervio radial. El músculo ancóneo, de la cara posterior del codo, se une en parte con el tríceps en rigor es una prolongación distal de este músculo. 1.3.2 El músculo bíceps branquial Como su propio nombre indica, la inserción proximal de este músculo fusiforme tiene dos cabezas. Los dos vientres musculares se unen justo distalmente a la parte media del brazo (tabla 6.5). El 16 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica bíceps se sitúa en el compartimiento anterior del brazo (tabla 6.6). Cuando se extiende el codo, el bíceps es un simple flexor del antebrazo, pero cuando se flexiona el codo y se necesita más potencia para vencer cierta resistencia, el músculo bíceps se erige en el principal supinador del antebrazo (el mas poderoso), por ejemplo cuando una persona diestra introduce un tornillo en una madera dura. Asimismo, se utiliza para insertar un sacacorchos o extraer el corcho de una botella de vino. El músculo bíceps apenas opera durante la flexión del antebrazo en posición prona. El tendón redondeado de la cabeza larga del bíceps cruza la cabeza del humero dentro de la cavidad de la articulación escapulohumeral. .Este tendón, rodeado de membrana sinovial, desciende por el surco intertubercular del húmero. Existe una banda ancha, el ligamento transverso del húmero, que pasa desde el tubérculo menor al tubérculo mayor del húmero y transforma el surco intertubercular en un conducto. Este. ligamento sujeta el tendón de la cabeza larga del músculo bíceps dentro del surco. Distalmente, el tendón se une en la tuberosidad del radio. La bolsa bicipitorradial separa el tendón bicipital de la parte anterior de la tuberosidad del radio y reduce su abrasión. El músculo bíceps se continúa distalrmente como la aponeurosis bicipital, una banda membranosa triangular que va desde el tendón bicipital, por la fosa cubital, para unirse con la fascia antebraquial (profunda), que cubre los músculos flexores de la cara medial del antebrazo (tabla 6.5), e insertarse por medio de la fascia antebraquial en el borde subcutáneo del cubito. La porción proximal de la aponeurosis bicipital se palpa con facilidad a su paso oblicuo sobre la arteria braquial y el nervio mediano Esta aponeurosis protege estas y otras estructuras de la fosa cubital. Además, contribuye a reducir la presión del tendón bicipital sobre la tuberosidad del radio durante la pronación y la supinación del antebrazo. Cerca de un 10% de las personas tienen una 3 cabeza en el bíceps, que surge en la parte superomedial del músculo braquial (con la que se une). En general, esta 3er cabeza está detrás de la arteria braquial. Para explorar el músculo bíceps se flexiona contra resistencia el codo con el antebrazo supinado. Si la acción es normal, el músculo debe crear una prominencia en la cara anterior del brazo que se palpa con facilidad. 1.3.3 El músculo branquial Este músculo fusiforme y plano queda ( en la profundidad ) del bíceps. Su inserción distal cubre la parte anterior del codo (tabla 6.5) . El músculo braquial es el principal flexor del antebrazo; flexiona el antebrazo en todas las posiciones y durante los movimientos lento y rápido. Cuando se extiende lentamente el antebrazo, el músculo braquial endereza el movimiento mediante una relajación lenta (p. Ej., se utiliza para alzar o dejar con cuidado una taza de té). El músculo braquial siempre se contrae durante la flexión del codo y es el principal responsable del manteni­ miento de la flexión. Debido a sus múltiples funciones, se considera como el caballo de tiro de los flexores del codo. 1.3.4 El músculo coracobraquial Este músculo elongado de la parte superomedial del brazo constituye una referencia muy útil (ta­ bla 6.5). Por ejemplo, el nervio musculocutáneo lo atraviesa y la porción distal de su inserción indica la posición del orificio nutricio del húmero. El músculo coracobraquial ayuda a flexionar y separar el brazo, así como a estabilizar la articulación escapulohumeral. Junto con el músculo del­ toides y la cabeza larga del tríceps, actúa" en derivación", oponiéndose a la luxación inferior de la cabeza del húmero. El nervio mediano, la arteria braquial o ambos se dirigen hasta la profundidad del músculo 17 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica coracobraquial y pueden ser comprimidos por éste. 1.3.5 El músculo tríceps braquial Este gran músculo fusiforme se encuentra en el compartimiento posterior del brazo (tabla 6.5). Como su propio nombre indica, posee tres cabezas: larga, lateral y medial. El tríceps es el principal extensor del codo. Como la cabeza larga atraviesa el hombro, el tríceps ayuda a estabilizar la articulación escapulohumeral aproximada y actúa en derivación, oponiéndose a la luxación inferior de la cabeza humeral. El tríceps también facilita la extensión y la aproximación del brazo. En la zona proximal a la inserción distal se encuentra la bolsa olecraneana subtendinosa, que reduce la fricción entre el tendón del tríceps y el olécranon. Para explorar el músculo tríceps (o para determinar el nivel de lesión del nervio radial) se separa el brazo 90° y luego se extiende el antebrazo flexionado contra la resistencia del explorador. Si la acción es normal, el músculo tríceps se debe ver y palpar. La fuerza ha de ser comparable a la del músculo contralateral, teniendo siempre en cuenta si se trata de una persona diestra o zurda. 18 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.3.6 El músculo ancóneo Este es un músculo pequeño, triangular, relativamente menor de la cara posterolateral del codo; suele unirse, en parte, al tríceps (tabla 6.5). El músculo ancóneo ayuda al tríceps a extender el antebrazo y se opone a la separación del cubito durante la pronación del antebrazo. Se dice, además, que tensa la cápsula de la articulación del codo, impidiendo que sea pellizcada al extender la articulación. 19 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.3.7 El nervio radial Este nervio, prolongación directa del fascículo posterior del plexo braquial inerva todos los músculos del compartimiento posterior del brazo. El nervio radial entra en el brazo detrás de la arteria braquial, medial al húmero y delante de la cabeza larga del músculo tríceps . Este nervio desciende lateralmente con la arteria braquial profunda y pasa por el cuerpo del húmero dentro del surco que lleva su nombre Antes de entrar en el surco envía ramos para las cabezas larga y lateral del tríceps. El ramo para la cabeza medial nace dentro del surco del nervio radial. Una vez que alcanza el borde lateral del húmero, el nervio perfora el tabique intermuscular lateral y sigue descendiendo por el compartimiento anterior del brazo, entre los músculos braquial y braquirradial 20 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica hasta la altura del epicóndilo lateral del húmero. Finalmente, el nervio radial se divide en los ramos profundo y superficial. El ramo profundo del nervio radial tiene una distribución completamente muscular y articular. El ramo superficial del nervio radial tiene una distribución exclusivamente cutánea, que se ocupa de la sensibilidad del dorso de la mano y de los dedos. 1.3.8 El nervio mediano Este gran nervio del brazo se crea en la axila por la unión entre una raíz lateral del fascículo lateral y una raíz medial del fascículo medial del plexo braquial . El nervio mediano se dirige distalmente por el brazo, al principio en la cara lateral de la arteria braquial, hasta que alcanza la parte medial del brazo, Y luego se cruza a la cara medial, donde entra en contacto con el músculo braquial. El nervio mediano continúa descendiendo hasta la fosa cubital, donde se sitúa en la profundidad de la aponeurosis bicipital y de la vena mediana cubital. El nervio mediano no envía ramas en la axila ni en el brazo, sino que permite ramos articulares para el codo. 1.3.9 El nervio cubital Es el mayor de los dos ramos terminales del fascículo medial del plexo braquial . Se dirige distalmente, delante del tríceps, por la cara medial de la arteria braquial. Al llegar al tercio medio del brazo perfora el tabique intermuscular, medial con la arteria colateral superior del cubito, y desciende entre el tabique y la cabeza medial del músculo tríceps. El nervio cubital pasa detrás del epicóndilo medial y llega al antebrazo medial al olécranon . Detrás del epicóndilo medial lugar donde el nervio cubital se conoce como "hueso loco" por el vulgo se encuentra superficial, fácil­ mente palpable y vulnerable a las lesiones. El nervio cubital no envía ramos para el brazo, sino fibras articulares para el codo. 21 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.4 LOS MÚSCULOS DEL ANTEBRAZO Los músculos del antebrazo actúan sobre las articulaciones del codo, muñeca y dedos. Los músculos crean unas masas carnosas en la parte proximal del antebrazo, que se extienden hacia abajo desde los epicóndilos medial y lateral del húmero . Los tendones de estos músculos pasan por la parte distal del antebrazo y se continúan por la muñeca, mano y dedos. 1.4.1 Los músculos flexores­pronadores del antebrazo Los músculos flexores del antebrazo se encuentran en el compartimiento anterior (flexor­pronador) del antebrazo y están separados de los músculos extensores por el radio y por el cubito, así como por la membrana interósea que los comunica. Los tendones de la mayoría de los músculos flexores se localizan en la cara anterior de la muñeca y quedan sujetos por el ligamento palmar del carpo y el retináculo flexor, engrosamiento s de la fascia antebraquial . Los músculos flexores se disponen en cuatro capas y se dividen en dos grupos, superficial y profundo (tabla 6.6). Un grupo superficial de cinco músculos (pronador redondo, flexor radial del carpo, palmar largo, flexor cubital del carpo y flexor superficial. de los dedos [FSO]); todos estos músculos se insertan, al menos, en parte a través de un tendón flexor común desde el epicóndilo medial del húmero, la inserción común de los flexores. Un grupo profundo de tres músculos (flexor profundo de los dedos [FPO], flexor largo del pulgar y pronador cuadrado). Los cinco músculos superficiales atraviesan el codo, y los tres profundos, no. Con excepción del músculo pronador cuadrado, cuanto más distal quede la inserción distal del músculo, más distal y profunda se encuentra su inserción proximal. Todos los músculos del compartimiento anterior del antebrazo son inervados por los nervios mediano, cubital o por ambos (casi todos, por el nervio mediano; tan sólo un músculo y medio son inervados por el nervio cubital). Desde el punto de vista funcional, el músculo braquiorradial flexiona el antebrazo, pero se encuentra en el compartimiento posterior (posterolateral) o extensor y, por eso, recibe inervación del nervio radial; en consecuencia, este músculo constituye una importante excepción a la norma de que el nervio radial sólo inerva músculos extensores y que todos los flexores se encuentran en el compartimiento anterior (flexor). Los músculos flexores largos de los dedos (FSO y FPO) también flexionan las articulaciones metacarpofalangias y de la muñeca. El FPO flexiona los dedos de manera lenta; su efecto es reforzado por el del FSO cuando se precisa velocidad y flexión contra cierta resistencia. Cuando se flexiona la muñeca al mismo tiempo que las articulaciones metacarpofalángicas e interfalángicas, los músculos flexores largos de los dedos operan sobre una distancia menor entre las inserciones, y el resultado de su contracción es, como cabe suponer, menor. Al extender la muñeca aumenta la distancia operativa y su contracción resulta más eficaz y permite una prensión fuerte. Los tendones de los flexores largos de los dedos cruzan la porción distal del antebrazo, muñeca y palma, para continuar hasta los cuatro primeros dedos: el FSD flexiona las falanges medias, y el FPD, las dístales. 22 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.4.2 El músculo pronador redondo Este músculo fusiforme prona el antebrazo y flexiona el codo. Posee dos cabezas de inserción, proximal; una de ellas es el tendón común de los músculos flexores. Su inserción distal se encuentra en el punto más lateral del radio (aproximadamente, en la mitad de su cuerpo curvado) para disponer del máximo brazo de palanca. El músculo pronador redondo destaca cuando se flexiona mucho y prona el antebrazo; su borde lateral configura el límite medial de la fosa cubital. Para explorar el músculo pronador redondo se debe pronar contra resistencia el antebrazo a partir del decúbito supino. Si la acción es normal se verá y palpará el músculo en el borde medial de la fosa cubital. 1.4.3 El músculo flexor radial del carpo Este músculo largo y fusiforme se encuentra medial al músculo pronador del hombro. Su vientre carnoso del tercio medio del antebrazo se prolonga con un tendón largo y aplanado, que se transforma en un cordón conforme se aproxima a la muñeca. El músculo flexor radial del carpo produce flexión (cuando actúa con el flexor cubital del carpo) y separación de la muñeca (cuando se contrae con los extensores radiales largo y corto del carpo). Si actúa solo produce una combinación de flexión y separación simultánea de la muñeca, con desplazamiento anterolateral de la mano. Para llegar a su inserción distal, el tendón atraviesa un conducto de la parte lateral del retinácúlo flexor y un surco vertical del trapecio. El tendón del músculo flexor radial del carpo constituye una buena referencia de la arteria radial, que queda justo lateral . Para explorar el músculo flexor radial del carpo se pide al sujeto que flexione la muñeca oponiendo cierta resistencia. Si la acción del músculo es normal se debe ver y palpar con facilidad. 1.4.4 El músculo palmar largo Este pequeño músculo fusiforme falta a uno o a ambos lados (de ordinario, el izquierdo) en un 14% de las personas, pero sus acciones no desaparecen. Posee un vientre corto y un tendón largo, que discurre superficial al retináculo flexor y se inserta en él y en el vértice de la aponeurosis palmar. El tendón del músculo palmar largo representa una guía útil del nervio mediano en la muñeca. Este tendón se encuentra en la profundidad y algo medial al nervio, antes de entrar en la profundidad del retináculo flexor. Para explorar el músculo palmar largo se flexiona la muñeca y se aproximan las yemas del dedo meñique y del pulgar. Si el músculo está presente y actúa de forma normal debe verse y palparse con facilidad su tendón. 1.4.5 El músculo flexor cubital del carpo Es el más medial de los músculos flexores superficiales. El flexor cubital del carpo flexiona y aproxima la mano por la muñeca de manera simultánea si se contrae en solitario. Si actúa con el músculo flexor radial del carpa flexiona la muñeca, y si lo hace con el músculo extensor cubital del carpa, la aproxima. Tiene dos cabezas (humeral el tendón flexor común­ y cubital), por entre las cuales camina el nervio cubital hacia el antebrazo. Este músculo resulta excepcional entre los del compartimiento anterior, porque está totalmente inervado por el nervio cubital. El tendón del músculo flexor cubital del carpo supone una referencia del nervio y de la arteria cubitales, que se encuentran en la cara lateral de la muñeca . Para explorar el músculo cubital del 23 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica carpo se ruega a la persona que ponga la cara posterior del antebrazo y de la mano sobre una tabla plana. Luego se le pide que flexione la muñeca contra la resistencia del explorador, que palpa al mismo tiempo el músculo y su tendón. 1.4.6 El músculo flexor superficial de los dedos El músculo flexor superficial de los dedos es el músculo superficial más grande del antebrazo. Pese a incluirse en este lugar con el grupo superficial de músculos del antebrazo, que disponen de una inserción flexora común y, por tanto, cruzan el codo, este músculo en realidad crea una capa intermedia entre los grupos superficial y profundo. El músculo flexor superficial de los dedos tiene dos cabezas humerocubital y radial­, por donde pasan el nervio mediano y la arteria cubital . Cerca de la muñeca, el flexor superficial de los dedos da cuatro tendones que viajan' en la profundidad del retináculo flexor por el túnel del carpa hacia los dedos. Los cuatro tendones de los dedos están encerrados (junto con los cuatro tendones del músculo flexor profundo de los dedos) en una vaina sinovial flexora común. El flexor superficial de los dedos flexiona las falanges medias de los cuatro primeros dedos de la mano por las articulaciones interfalángicas proximales. Si se mantiene su acción, también flexiona las falanges proximales por las articulaciones metacarpofalángicas y de la muñeca. Para explorar el músculo flexor superficial de los dedos se flexiona uno de los dedos por la articulación interfalángica proximal, oponiendo resistencia, y se sujetan los Otros tres extendidos para inactivar el músculo flexor profundo. Los músculos siguientes forman la capa profunda de los músculos flexores del antebrazo. 1.4.7 El músculo flexor profundo de los dedos. El grueso FPD es el único músculo que flexiona las articulaciones interfalángicas dístales de los dedos. Este músculo flexor profundo de los dedos tiene una extensa inserción proximal en el cubito y en la membrana interósea, y reviste la cara anterior del cubito. El flexor profundo flexiona las falanges dístales de los cuatro primeros dedos una vez que el flexor superficial ha flexionado las falanges medias (es decir, "riza los dedos" y ayuda a la flexión de la mano para formar el puño). Cada tendón puede flexionar dos articulaciones interfalángicas, la articulación metacarpofalangica y la articulación de la muñeca. El músculo flexor profundo de los dedos se divide en cuatro partes que terminan en cuatro tendones, que pasan detrás de los tendones del flexor superficial y del retináculo flexor. La parte del músculo que llega al 2do dedo suele separarse del resto bastante pronto en la parte distal del antebrazo. Cada tendón entra en la vaina fibrosa de su dedo, detrás del tendón del músculo flexor superficial. La parte lateral del músculo que se dirige al 2do o 3er dedos está inervada por el nervio mediano, y la parte medial (o cubital) del que llega a los dedos 4to y 5to, por el nervio cubital. Para explorar el músculo flexor profundo de los dedos se mantiene extendida la articulación interfalángica distal mientras el explorador trata de flexionar la articulación interfalángica distal. La integridad del nervio mediano en la parte proximal del antebrazo se puede explorar mediante esta prueba, empleando el dedo índice, y la del nervio cubital, utilizando el dedo meñique. 1.4.8 El músculo flexor largo del dedo pulgar Este músculo flexor largo del pulgar queda lateral al flexor profundo de los dedos y reviste la cara anterior del radio más allá de la inserción del músculo supinador. Su tendón plano pasa detrás del retináculo flexor, envuelto en su propia vaina sinovial, por la cara lateral de la vaina sinovial común 24 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de los flexores. El músculo flexor largo del pulgar flexiona la falange distal de! dedo pulgar (1er dedo), y luego, la falange proximal y el ¡g metacarpiano. El músculo flexor largo del dedo pulgar es el único que flexiona la articulación interfalángica del dedo pulgar. Además, flexiona las articulaciones metacarpofalángica y carpometacarpiana del pulgar que contribuyen a la flexión de la muñeca. Para explorar el músculo flexor largo del pulgar se sujeta la falange proximal del pulgar y se flexiona la falange distal oponiendo resistencia. 1.4.9 El músculo pronador cuadrado Como su propio nombre indica, este pequeño músculo cuadrangular prona el antebrazo. N o se puede palpar ni observar, salvo en las disecciones, porque es el músculo más profundo de la cara anterior del antebrazo. Reviste el cuarto distal del radio y del cubito y la membrana interósea que los comunica. El músculo pronador cuadrado es el único músculo que sólo se inserta en el cubito por un extremo y en el radio por el otro. El músculo pronador cuadrado prona el antebrazo por las articulaciones radiocubitales y también por la sindesmosis intermedia (radiocubital); es el responsable principal de la pronación. Este músculo inicia la pronación, a la que contribuye el músculo pronador redondo cuando se requiere más velocidad y potencia. El músculo pronador cuadrado también ayuda a la membrana interósea a mantener el radio y el cubito unidos, sobre todo cuando se transmiten golpes ascendentes de la muñeca (p. Ej., al caer sobre la mano). 25 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.5 LOS MÚSCULOS EXTENSORES DEL ANTEBRAZO Los músculos extensores están en el compartimiento posterior (extensor­supinador) del antebrazo y todos son inervados por el nervio radial . Estos músculos se organizan en tres grupos funcionales: ­ Los músculos que extienden y separan o aproximan la mano por la muñeca (extensor radial largo del carpa, extensor radial corto del carpo y extensor cubital del carpa). ­ Los músculos que extienden los cuatro primeros dedos (extensor de los dedos, extensor del índice y extensor del dedo meñique). ­ Los músculos que extienden o separan el 1er dedo o pulgar (separador largo del pulgar, extensor corto del pulgar y extensor largo del pulgar). Los tendones de los músculos extensores quedan sujetos en la muñeca por el retináculo extensor, que impide el arqueamiento de los tendones cuando se hiperextiende la mano por la muñeca. Conforme los tendones pasan por el dorso de la muñeca reciben vainas tendinosas sinoviales, que reducen la fricción entre los tendones y los huesos. Los músculos extensores del antebrazo también se dividen en los grupos superficial y profundo. Cuatro de los músculos extensores superficiales (extensor radial corto del carpa, extensor de los dedos, extensor del dedo meñique y extensor cubital del carpo) están unidos por un tendón extensor común al epicóndilo lateral . La inserción proximal de los otros dos músculos en el grupo superficial braquiorradial y extensor radial largo del carpo) tiene lugar en la cresta supracondílea lateral del húmero y en el tabique intermuscular lateral adyacente. Los cuatro tendones planos del músculo extensor de los dedos pasan detrás del retináculo extensor hasta los cuatro primeros dedos. Los tendones comunes de los dedos índice y meñique están unidos, por sus caras mediales, cerca de los nudillos a través de los tendones respectivos de los músculos extensores del índice y del dedo meñique, respectivamente. El tendón del músculo extensor del dedo índice entra en la mano por el mismo túnel que los tendones del músculo extensor de los dedos. El tendón del músculo extensor del dedo meñique posee sU propio túnel. De ordinario, tres bandas oblicuas unen los cuatro tendones del músculo extensor de los dedos en la zona proximal a los nudillos y restringen las acciones independientes de los dedos (en particular, del dedo anular). Por eso, normalmente no se puede flexionar por completo ningún dedo cuando los demás se extienden por completo. Los tendones de los músculos extensores se aplanan en las extremidades dístales de los metacarpianos y a lo largo de las falanges para crear expansiones de los músculos extensores. Cada expansión extensora (expansión dorsal, capuchón o casquete dorsal) es una aponeurosis tendinosa triangular que envuelve el dorso y los lados de la cabeza del metacarpiano y de la falange proxi­ mal. Este capuchón con forma de visera, creado por la expansión extensora sobre la cabeza del metacarpiano, que sujeta el tendón del músculo extensor a la parte media del dedo, se fija a cada lado en el ligamento palmar . La expansión extensora se divide en una banda mediana que llega a la base de la falange media . Y en dos bandas laterales que terminan en la base de la falange distal. Los músculos interóseós y lumbricales de la mano se insertan en bandas laterales de la expansión extensora. El ligamento retinacular es una banda fibrosa delicada que discurre desde,1a falange proximal y la vaina fibrosa digital en dirección oblicua hacia la falange media y las dos articulaciones interfalángicas . Se une con la expansión extensora para la falange distal. Al flexionar la articulación interfalángica distal, el ligamento retinacular se tensa y tracciona para flexionar la articulación proximal. De modo análogo, al extender la articulación proximal, la articulación distal es traccionada por el ligamento retinacular hasta alcanzar una extensión casi completa. 26 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.5.1 El músculo braquiorradial Este músculo fusiforme queda superficial en la cara anterolateral del antebrazo y forma el borde lateral de la fosa cubital. Como se mencionó mas arriba, entre los músculos del compartimiento "posterior" (extensor­supinador), el músculo braquiorradial es único, porque flexiona el antebrazo por el codo, sobre todo cuando se precisan movimientos rápidos y cuando se levanta un peso durante la flexión lenta del antebrazo. Los músculos braquiorradial y supinador son los únicos de compartimiento que no cruzan la muñeca y, por tanto, no actúan sobre ella. En su descenso, el músculo braquiorradial cubre el nervio y la arteria radiales en el lugar donde siguen un mismo trayecto sobre el músculo supinador, el tendón del músculo pronador redondo, el músculo flexor superficial de los dedos y el músculo flexor largo del dedo pulgar. La parte distal del tendón está cubierta por los separado res largo y corto del pulgar a su paso hacia el pulgar. Para explorar el músculo braquiorradial se flexiona el codo contra la resistencia del explorador, manteniendo el antebrazo en pronación intermedia. Si la acción es normal se debe ver y palpar este músculo. 1.5.2 El músculo extensor radial largo del carpo Este músculo fusiforme se halla cubierto en parte por el músculo braquiorradial, con el que suele unirse. Desciende detrás del músculo braquiorradial. El músculo separador largo del pulgar y el extensor corto del pulgar cruzan su tendón. El músculo extensor radial largo del carpa extiende y separa la muñeca y es indispensable para cerrar el puño. Para explorar el músculo extensor radial largo del carpa se extiende y se separa la muñeca con el antebrazo pronado. Si la acción es normal, este músculo se palpa inferoposrerior a la cara lateral del codo. Su tendón se puede palpar proximal a la muñeca 1.5.3 El músculo extensor radial corto del carpo Como su propio nombre indica, este músculo fusiforme es más corto que el músculo extensor radial largo del carpo. En su descenso queda cubierto por el músculo extensor radial largo del carpo. El músculo extensor radial corto del carpo extiende y separa la mano por la muñeca. Este músculo y el extensor radial largo del carpo actúan de concierto pata enderezar la muñeca cuando se flexionan los cuatro primeros dedos. 1.5.4 El músculo extensor de los dedos El músculo extensor de los dedos el principal extensor de los cuatro primeros dedos, ocupa gran parte de la cara posterior del antebrazo. Sus cuatro tendones proximales pasan por una vaina sinovial común, en la profundidad del retináculo extensor, junto con el tendón del músculo extensor del dedo índice. En el dorso de la mano, los tendones se separan en su trayecto hacia los dedos. Los tendones adyacentes están unidos por conexiones intertendinosas. De ordinario, el 4to tendón se une al principio con el tendón para el dedo anular y alcanza el dedo meñique a través de una banda tendinosa. El músculo extensor de los dedos extiende las falanges proximales y, mediante refuerzos colaterales, también las falanges media y distal. Además, ayuda a extender la mano por la muñeca después de ejercer una tracción, sobre todo en los dedos. Para explorar el músculo extensor de los dedos se prona el antebrazo y se extienden los dedos de la mano. El sujeto ha de mantener los dedos extendidos por las articulaciones metacarpofalangicas mientras que el explorador ejerce presión sobre las falanges proximales tratando de flexionarlas. 27 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Si la acción muscular es normal se palpa el músculo extensor de los dedos en el antebrazo y se han de ver y palpar sus tendones en el dorso de la mano. 1.5.5 El músculo extensor del dedo meñique Esta cinta fusiforme de músculo es una porción parcialmente desinsertada del músculo extensor de los dedos. El tendón de este músculo extensor del meñique viaja por un compartimiento diferente, en la profundidad del retinaculo extensor, y se divide en dos cintas; la lateral se une con el tendón del músculo extensor de los dedos. El músculo extensor del meñique extiende la falange proximal del meñique por la articulación metacarpofalángica y contribuye a la extensión de las articulaciones interfalángicas. Asimismo, ayuda a la extensión de la mano después de ejercer una tracción, sobre todo en el meñique. 1.5.6 El músculo extensor cubital del carpo Este músculo fusiforme y largo, situado en el borde medial del antebrazo, tiene dos cabezas. Distalmente , el tendón discurre por un surco entre la cabeza cubital y la apófisis estiloides, dentro de un compartimiento diferente del retináculo extensor. El músculo extensor cubital del carpa extiende y aproxima la mano por la muñeca de forma simultanea cuando actúa con independencia. Si se contrae con el músculo extensor radial del carpo, extiende la mano; si actúa con el flexor cubital del carpo, separa la mano. Como el músculo extensor radial largo del carpo, resulta indispensable para cerrar el puño. Para explorar el músculo extensor cubital del carpa se prona el antebrazo y se extienden los ,dedos. Luego se aproxima la muñeca extendida contra la resistencia del explorador. Si el músculo actúa con normalidad se debe ver y palpar en la parte proximal del antebrazo, y el tendón se ha de notar proximal a la cabeza del cubito. 1.5.7 El músculo supinador Este músculo se encuentra en la profundidad de la fosa cubital y, junto con el músculo braquial, forma su suelo. Las cabezas humeral y cubital de inserción del músculo supinador envuelven el cuello y la porci6n proximal del cuerpo del radio. El ramo profundo del nervio radial camina entre las dos partes del músculo conforme abandona la fosa cubital para entrar .en la parte posterior del brazo; cuando sale del músculo y se une a la arteria interósea posterior se denomina nervio interóseo posterior. El músculo supinador ­principal responsable de la supinación­ su pina el antebrazo al rotar el radio. El músculo bíceps braquial también supina el antebrazo, sobre todo durante la supinación rápida y forzada cuando se precisa resistencia y está flexionado el antebrazo (p. Ej., cuando una persona diestra aprieta un tornillo). 28 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 29 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.6 LOS MÚSCULOS EXTENSORES PROFUNDOS DEL ANTEBRAZO (separador largo del pulgar, extensor corto del pulgar y extensor largo del pulgar) actúan sobre el dedo pulgar y el músculo extensor del dedo índice ayuda a extender este dedo. Los tres músculos que actúan sobre el pulgar se encuentran en la profundidad de los músculos extensores superficiales y afloran del surco creado en la parte lateral del antebrazo que divide los músculos extensores. Debido a esta característica, se denominan también músculos emergentes del pulgar. 1.6.1 El músculo separador largo del pulgar El vientre largo y fusiforme del músculo separador del pulgar queda justo distal al músculo supinador y se relaciona íntimamente con el músculo extensor corto del pulgar. Su tendón ­y a veces su vientre­ suele dividirse en dos porciones, una de las cuales puede insertarse en el hueso trapecio en lugar del sitio habitual (base del 1 g metacarpiano). El músculo separador largo del pulgar separa y extiende el pulgar por la articulación carpometacarpiana. Actúa con el separador corto del pulgar para la separación del pulgar y con el extensor del pulgar para su extensión. Pese a su ubicación profunda, el separador largo del pulgar sale por la muñeca como uno de los músculos emergentes. El tendón pasa en la profundidad del retináculo extensor dentro de una vaina sinovial común al tendón del extensor corto del pulgar. Para explorar el separador largo del pulgar se separa este dedo por la articulación metacarpofalángica contra la oposición del examinador. Si su acción es normal debe verse y palparse el tendón del músculo en la cara lateral de la tabaquera anatómica y en la cara lateral del tendón adyacente del extensor corto del pulgar. 1.6.2 El músculo extensor corto del pulgar El vientre de este músculo extensor corto del pulgar, fusiforme, queda distal al del separador largo del pulgar y cubierto en parte por éste. Su tendón es paralelo e inmediatamente medial al del aproximador largó del pulgar, pero se extiende más y alcanza la base de la falange proximal. El músculo extensor corto del pulgar extiende la falange proximal del pulgar por la articulación metacarpoftldngica y ayuda a extender la falange distal. Dentro de su acción continuada, contribuye a la extensión del 1er metacarpiano y también a la extensión y separación de la mano. Para explorar el músculo extensor del pulgar se extiende el dedo pulgar por la articulación metacarpofalángica frente a la resistencia del examinador. Si su acción es normal se verá y palpará el tendón de este músculo en la cara lateral de la tabaquera anatómica y en la cara medial del tendón adyacente del separador largo del pulgar 30 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 31 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.6.3 El músculo extensor largo del pulgar Este músculo extensor largo del pulgar es más grande y su tendón más largo que los del extensor corto del pulgar. El tendón se dirige medial al tubérculo dorsal del radio, al que utiliza como polea, cambiando la dirección de tracción hasta que alcanza la base de la falange distal del pulgar. El espacio así creado entre los tendones extensores largos del pulgar es la tabaquera anatómica. El extensor largo del pulgar extiende la falange distal del pulgar y, :si persiste su acción, también las articulaciones metacarpofalángica e interfalángica de este dedo. Además, aproxima el pulgar extendido y lo rota lateralmente. Para explorar el extensor largo del pulgar se extiende contra resistencia este dedo por la articulación interfalángica. Si su acción es normal debe verse y palparse el tendón del músculo en la cara medial de la tabaquera anatómica. Los tendones de los músculos separador largo del pulgar y extensor corto del pulgar delimitan la tabaquera anatómica, por delante, y el tendón del extensor largo del pulgar, por detrás. La tabaquera anatómica se ve cuando el pulgar está completamente extendido; de esta manera se levantan los tendones y se produce una concavidad entre ellos. Obsérvese lo siguiente: · · · La arteria radial queda en el suelo de la tabaquera anatómica. La apófisis estiloides radial se palpa proximalmente y la base del 1er metacarpiano distalmente en la tabaquera anatómica. Los huesos escafoides y trapecio se palpan en el suelo de la tabaquera, entre la apófisis radial y el 1er metacarpiano. 1.6.4 El músculo extensor del dedo índice El vientre alargado y estrecho del músculo extensor del dedo índice queda medial y a lo largo del extensor largo del pulgar. Este músculo otorga independencia al dedo índice, puesto que el músculo extensor de este dedo puede actuar por separado o junto con el extensor de los dedos extendiendo el dedo índice por la articulación interfalangica proximal por ejemplo al apuntar hacia algún objeto. Además, ayuda a extender la mano. 32 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 33 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2. PRÓTESIS. 2.1 Definición. Prótesis. Dispositivos mecánicos diseñados para reproducir la forma y/o la función de una extremidad del cuerpo (o parte de él) ausente. Hay dos grandes tipos: endoprótesis y exoprótesis. Las primeras se implantan mediante cirugía, se anclan al hueso y sirven para sustituir una articulación una articulación dañada por artrosis, artritis, traumatismo u otras enfermedades. Las exoprótesis sirven para sustituir un miembro amputado. Una prótesis es un elemento desarrollado con el fin de reemplazar una parte o un miembro del cuerpo humano con el objeto de mejorar o suplir su función y al mismo tiempo completar su imagen corporal. Para lograr este objetivo la mecánica jugo un papel primordial en sus primeros diseños; por esta razón se les dio el nombre de prótesis mecánicas o convencionales (gancho y mano mecánica). Mas adelante con el avance tecnológico y más específicamente en el área de la robótica y la electrónica, se lograron desarrollar prótesis mejoradas en sus sistemas de control y adaptación hasta lograr una prótesis controlada con impulsos musculares, a la cual se le dio el nombre de prótesis mioeléctrica (mio = músculo, eléctrica = electrónica). 2.1.1 Historia. Los miembros artificiales se han usado desde tiempos remotos. La mejor evidencia que encontramos esta a través de expedientes escritos. Escrito en 484 A.C., las historias de Herodoto dicen de un soldado persa que escapa cortando la parte de su pie, entonces sustituyéndola por una prótesis de madera. En 1509 construyo una famosa prótesis de mano para el caballero alemán Gotz Von Berlinchingen, llamado “Gotz Mano de Hierro”; la mano pesaba 1.4kg y tenia dedos articulados que le permitían empuñar una espada o una lanza. Este artilugio se conserva en el Museo de Nuremberg y aun funciona. A principios del siglo XIX un protésico alemán diseñó una mano con dedos que se extendían y flexionaban sin asistencia externa y que permitía sujetar objetos ligeros como plumas, pañuelos o sombreros. En 1851 un protésico francés inventó un brazo artificial formado por una mano de madera anclada a un soporte de cuero que se fijaba firmemente al muñón. Los dedos estaban semiflexionados, el pulgar giraba sobre un eje y podía presionar con fuerza sobre la punta de los otros dedos gracias a una potente banda de goma; esta pinza del pulgar se accionaba gracias a un mecanismo oculto desde el hombro contralateral. El mismo invento diseño una pierna artificial que reproducía la marcha natural y alargaba el paso. 34 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Las guerras crearon una gran necesidad de miembros artificiales. Entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial, la gente que hacia los brazos protésicos comenzaban a ser vistas mas profesionalmente. La fabricación de prótesis se ha convertido en una ciencia en los últimos años. Actualmente, se utilizan prótesis híbridas y las más novedosas son mioeléctricas que utilizan sensores especiales, reciben los estímulos nerviosos de los muñones musculares, se amplifican y sirven para controlar los pequeños motores que mueven las diferentes partes de las prótesis. En el futuro los miembros artificiales permitirán mas sentido de la sensación a las manos y a los pies. Incluso podrán detectar suave, áspero, frío y caliente. 2.1.2 La historia de las prótesis en México. Es evidente que el inicio en nuestro país de la rama paramédica, relacionada el diseño, fabricación y adaptación de miembros artificiales surgió por la urgente necesidad que enfrentaban los profesionistas médicos, ortopedistas y traumatólogos, para dotar a sus pacientes amputados de sistemas que aliviaran en algo su discapacidad. A pesar que desde 1924 existen antecedentes de algunas fabricas que se dedicaban a la manufactura de miembros artificiales, aparatos ortopédicos, sillas de ruedas y equipo de rehabilitación, consideramos que fue hasta el inicio de la década de los 40’s, cuando se inicio una etapa en México en la cual diversos grupos clínicos, motivaron y patrocinaron la creación de los primeros talleres dedicados al diseño, fabricación y adaptación de sistemas protésicos. Mas tarde a principios de la década de los 50’s y debido a la creciente demanda que existía de diversos protésicos, surgieron nuevos talleres ortopédicos que permitieron proporcionar mas ayuda a la población discapacitada. En el año de 1959 se inicio una etapa muy positiva para el campo de la rehabilitación de personas amputadas y quienes presentaban secuelas invalidantes. El señor Rómulo O’Farril Señor fundó el Instituto Mexicano de Rehabilitación para beneficio de los discapacitados de México y América Latina. Su objetivo fue procurar la rehabilitación integral de los discapacitados del sistema locomotor, basándose en la tesis de que la rehabilitación consiste en lograr que las personas discapacitadas recuperen hasta donde sea posible su integridad física y desempeñen un puesto activo dentro de la sociedad. En este recién fundado instituto se utilizaron por primera vez para la elaboración de prótesis materiales modernos como el nylon, aluminio y resinas plásticas como poliéster , son los cuales se logro obtener sistemas mas funcionales y estéticamente satisfactorios. Asimismo, se desarrollaron componentes prefabricados como ensambles de rodilla, pantorrillas y pies artificiales, lo que permitió atender a un mayor numero de pacientes, debido a que en menor tiempo se elaboraban mas prótesis, con relación a las técnicas tradicionales. La fundación, en 1974, de la Asociación de Protesistas y Ortesistas de la Republica Mexicana, A.C., marco otra etapa importante del mejoramiento en nuestro campo de trabajo. 35 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica No se debe olvidar la participación activa de diversas instituciones que colaboran en la atención de personas amputadas; Secretaria de Salud con su Centro de Rehabilitación y Educación Especial CREE, Instituto Nacional de Medicina de Rehabilitación, Instituto Mexicano del Seguro Social IMSS, Instituto de Seguridad Social al Servicio de los Trabajadores de Estado ISSSTE, Sistema para el Desarrollo Integral de la Familia DIF, Hospital Shriners par Niños con Diferencia en sus Extremidades, Centro de Rehabilitación Integral para el Minusválido del Aparato Locomotor CRIMAL y sus equipos clínicos de rehabilitación, quienes laboran diariamente en forma anónima dentro de laboratorios privados o de instituciones de salud, y que realizan una magnifica labor en beneficio de la población de personas amputadas de nuestro país. 2.2 TIPOS DE PRÓTESIS. 2.2.1 Prótesis Estéticas. Las prótesis estéticas fueron desarrolladas con el objetivo de reemplazar un miembro o parte de él teniendo en cuenta su parte estética, mas no su funcionalidad, esto con el fin de mejorar o completar la imagen corporal de una persona y contribuir con su rehabilitación tanto física como psicológica. Debido a su función estética, estas prótesis se desarrollan teniendo en cuenta las características físicas propias de cada paciente, lo que hace de esta área un trabajo personalizado en los que se deben tomar moldes, tomar en cuenta el color de la piel, y sus medidas con el fin de lograr una prótesis lo mas semejante posible al miembro a reemplazar. 2.2.2 Prótesis Activas (Energía Corporal). Una prótesis accionada por el cuerpo, a la que en ocasiones se le denomina prótesis convencional, es accionada y controlada por los movimientos generales del cuerpo. Estos movimientos usualmente del hombro, la parte superior del brazo o el pecho son capturados por un sistema de arneses que está sujeto a un cable que se conecta a un dispositivo terminal (gancho o mano). Para algunos niveles de amputación o deficiencia, se puede añadir un sistema de codo para proporcionarle funcionalidad adicional al paciente. Para que un paciente pueda controlar una prótesis accionada por el cuerpo, él o ella debe poseer al menos uno de los siguientes movimientos generales del cuerpo: ­ ­ ­ ­ Flexión glenohumeral Abducción o aduccion escapular Depresión y elevación del hombro Expansión del pecho Hay varios requisitos básicos que son generalmente necesarios para que un paciente pueda ser un buen candidato para una prótesis accionada por el cuerpo: ­ ­ ­ Suficiente longitud de la extremidad residual Suficiente musculatura Suficiente alcance de movimientos 36 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Las prótesis accionadas por el cuerpo encierran varias ventajas. Debido a su diseño sencillo, este tipo de prótesis es sumamente duradero y puede usarse para tareas que implican el contacto con el agua y el polvo y en otros ambientes potencialmente nocivos. Muchos paciente que usan prótesis accionadas por el cuerpo comentan que han llegado a tener un mayor control debido a un fenómeno llamado propriocepción. La propriocepción le da al usuario de la prótesis información respecto a la posición del dispositivo terminal. El usuario sabrá, por ejemplo, si el gancho esta abierto o cerrado por la presión que el arnés esta ejerciendo sobre el área de su hombro sin tener que mirar al dispositivo terminal. Las prótesis accionadas por el cuerpo también tienen un costo reducido de mantenimiento, puesto que la mayoría de las reparaciones se relaciona con cables rotos de control, el reemplazo de los arneses y la realineación de los dispositivos terminales. Estos tipos de reparación son todos bastante económicos cuando se comparan con otras opciones protésicas como, por ejemplo, las prótesis accionadas por electricidad. Las prótesis accionadas por el cuerpo también encierran varias desventajas que deben tenerse en cuenta. La queja mas común que presentan los usuarios de este tipo de prótesis es el arnés de control incomodo y restrictivo. Aunque hay nuevos materiales que contribuyen a reducir esta incomodidad, el arnés debe estar apretado para capturar el movimiento del hombro y suspender la prótesis. El arnés apretado también puede restringir el alcance de movimientos y el espacio funcional. El espacio funcional es el área en el cual el paciente puede controlar su prótesis. Para muchos el espacio funcional, cuando se usa una prótesis accionada por el cuerpo, se limita directamente a la parte del frente a ellos desde el nivel de la cintura hasta el nivel de la boca. Ocurre una considerable reducción del control cuando se intenta operar la prótesis hacia los lados, hacia los pies y sobre la cabeza. A otros pacientes les disgusta el aspecto del gancho y los cables de control y solicitan una prótesis que tenga un aspecto “mas real”. Hay dos tipos de controles para los ganchos y manos accionados por el cuerpo, la apertura voluntaria y el cierre voluntario: la apertura voluntaria le da al paciente control de agarre aun cuando el paciente esté relajado. La desventaja de este control es la limitada fuerza de agarre, con frecuencia menos de 6 libras. El cierre voluntario permite que el paciente tenga una fuerza de agarre sustancialmente mayor, con frecuencia por encima de las 50 libras, pero no permite que el paciente se relaje sin perder su agarre. 2.2.3 Prótesis mioeléctricas. Las prótesis mioeléctricas fueron desarrolladas basadas en la biónica, la cibernética, la robótica, la mecatrónica y es por esta razón que se les conoce con diferentes nombres para describirlas, como son prótesis cibernéticas, biónicas, mioeléctricas, mecatrónicas, electromecánicas, entre 37 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica otras; pero todos estos términos solo describen una prótesis desarrollada con la combinación de la electrónica y la mecánica controlada muscularmente. Para lograr este control muscular existen diferentes tipos de sensores que son los encargados de tomar las señales musculares del paciente y enviarlas a un sistema electrónico encargado de tomar las señales musculares del paciente y enviarlas a un sistema electrónico encargado de realizar los movimientos de apertura y cierre de la mano, entre estos sensores se encuentran los electrodos, sensores de cambio de volumen muscular, sensores de tacto, sensores comparadores de frecuencia, etc., entre los cuales cada casa productora de prótesis electrónicas utiliza el que mejor se adapte al sistema que ha desarrollado. 2.2.4 Prótesis eléctricas (Energía Externa). Esta categoría de prótesis usa pequeños motores eléctricos para proporcionar funcionalidad. Estos motores pueden hallarse en el dispositivo terminal (mano o gancho), la muñeca o el codo. Una prótesis accionada por electricidad emplea un sistema de batería recargable para alimentar los motores. Debido a que los motores eléctricos se usan para operar el funcionamiento de la mano, la fuerza de la mano aumenta considerablemente, con frecuencia a más de 20­30lb. 2.2.5 Prótesis Híbridas (Energía Corporal, más Energía Externa). Una prótesis híbrida combina la acción del cuerpo con el accionamiento por electricidad en una sola prótesis. En su gran mayoría, las prótesis híbridas sirven para individuos que tienen amputaciones o deficiencias transhumerales (arriba del codo). Las prótesis híbridas utilizan con frecuencia un codo accionado por el cuerpo y un dispositivo terminal controlado en forma mioeléctrica (gancho o mano). Si lo desea el usuario, también se puede incluir una muñeca controlada en forma mioelectrica y una restauración cosmética del antebrazo y la mano. Otro tipo de prótesis híbrida combina un codo accionado por el cuerpo. Aunque los casos de amputaciones o deficiencias en el ámbito de desarticulación del hombro han sido tratados con prótesis híbridas, estos casos deben considerarse cuidadosamente debido a la cantidad de movimientos generales del cuerpo necesarios para operar este tipo de prótesis y la interferencia en señales EMG (electromiograficas) creadas durante dicho movimiento. Las prótesis híbridas ofrecen varias ventajas excepcionales. La más importante es la capacidad de controlar simultáneamente la flexión y la extensión del codo al abrir o cerrar la mano o gancho eléctrico o mientras se gira la muñeca. Las otras opciones protésicas generalmente exigen que el usuario controle una sola función a la vez (flexionar el codo, bloquear el codo, abrir o cerrar el dispositivo terminal). La prótesis híbrida pesa menos y es menos costosa que una prótesis similar con un codo y una mano accionadas por electricidad. Se puede mencionar las mismas desventajas para las prótesis híbridas en cuanto a las opciones protésicas que incorporan. 38 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.3 CONTROL. En la mayoría de los casos se escoge un esquema de control individual. Para las adaptaciones mas avanzadas o de mayor nivel, se pueden usar varios esquemas de control en la misma prótesis para mejorar la funcionalidad. ­ ­ ­ ­ Control mioeléctrico Servocontrol Control con botón pulsador Control con interruptor de arnés 2.4 MATERIALES PARA CONSTRUCCIÓN DE PRÓTESIS. Antes de la Primera Guerra Mundial, la madera era el mejor materia para producir miembros artificiales, los dispositivos de piel con bandas metálicas se deformaban y producían resultados poco satisfactorios. Con los avances de la tecnología y creación de nuevos materiales se creo el duraluminio, que es una aleación de aluminio que es mas ligero y resistente y mas tarde la creación de fibras sintéticas, hicieron posible la creación de miembros artificiales mas ligeros y resistentes. Actualmente se pueden crear prótesis con cobertura muy similar a la piel con polímeros sintéticos. 2.5 PRÓTESIS MECÁNICAS VS PRÓTESIS ELÉCTRICAS. Los amputados del brazo tienen que decidir entre una prótesis mecánica y una eléctrica para usar. Hay ventajas y desventajas al usar un prótesis mecánica, y al usar un prótesis eléctrica. Un amputado debe ser consciente de éstas diferencias para tomar una decisión informada sobre el tipo de miembro que reunirá sus requisitos para la función y apariencia que él requiera. Para altos niveles de amputaciones, como las de arriba del codo o las de hombro una combinación de funciones mecánicas y eléctricas es a menudo recomendada. Una amputación arriba del codo puede tener un buen y suficiente rango de movimiento y mayor fuerza con el cuerpo para operar un codo mecánico sin dificultad y podría ser mas benéfico con un dispositivo terminal eléctrico. Entre las ventajas de usar una prótesis mecánica es la libertad de usarla en lugares con mucho polvo, agua y grasa además de la habilidad de alcanzar un alto nivel de exactitud y velocidad. La destreza manual comparable a un par de pinzas y durabilidad debida a la simpleza del diseño. La primera desventaja que presentan este tipo de prótesis es la incomodidad debida al arnés y la apariencia de el gancho. Las ventajas y desventajas de la prótesis eléctrica son opuestas a las de la prótesis mecánica. La primera ventaja de la prótesis eléctrica es la comodidad proporcionada por el método de 39 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica suspensión, usualmente un enchufe de suspensión es usado en lugar del arnés. La prótesis eléctrica también proporciona un alto nivel de agarre en la mano, cinco veces mas grande que el proporcionado por la mano operada por cable sin requerir mayor esfuerzo del usuario. Las desventajas de este tipo de prótesis es que no se puede trabajar casi en lugares con mucho polvo, agua, grasa o solventes porque podrían dañar la prótesis. Aunque la presión de la mano es mayor que la mecánica, la velocidad puede ser mas lenta. 2.6 LOS CODOS. 2.6.1 Codos mecánicos. Cuando hay amputación por encima del codo se tiene que decidir que tipo de codo se incorporara a la prótesis. El codo apropiado auxiliara al usuario a manipular el brazo y a la mano para realizar sus tareas. Los codos convencionales son las elecciones mas populares de los usuarios. Estos codos ofrecen una buena función y son mas ligeros que los eléctricos. El peso es un factor muy importante que se debe tomar en cuanta para seleccionar el tipo de codo que se vaya a elegir. Codos con fricción ajustable permite al usuario emplear el sonido de la mano para levantar o bajar el codo y colocarlo en la posición deseada. Los codos mecánicos son operados por un sistema de cables y arneses. El brazo es oscilado usando el movimiento del cuerpo para levantar la parte baja del brazo cuando el brazo se encuentra doblado este se asegura de tal modo que conserve esa posición. Usando los hombros y los músculos de la espalda por medio de un cable que es jalado por estos se quita el seguro y el brazo se estira de nuevo. 2.6.2 Codos eléctricos. Los codos eléctricos pueden ser manipulados a través de una variedad de controles mioeléctricos, switches, touchs pads, o resistores. El punto mas importante de los codos eléctricos es que se agrega mas peso a la extremidad haciéndola mas pesada que un codo mecánico. El usuario debe balancear los beneficios de funciones extra y peso extra. Especialmente si existe amputación desde la parte del hombro. Otro punto a considerar es el costo de los componentes para el funcionamiento del codo eléctrico. 40 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.7 GANCHOS Y MANOS. Hay manos eléctricas y dispositivos de gancho accionados por el cuerpo Pero que pasa cuando quieres combinarlos?. La respuesta son ganchos eléctricos. Esto pueden, por ejemplo, ser controlados por contracciones musculares en la misma forma que las manos mioelectricas mientras que permiten la misma clase de agarre y apriete como los mecánicos. Los ganchos pueden ser intercambiables por manos eléctricas dando al usuario mas opciones para realizar sus actividades diarias. M otion Control Electric Terminal Device N U­VA Synergetic P rehensor by Hosmer Greifer by Otto Bock RSLSteeper M ulti Control P ow ered Gripper 41 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.8 BATERÍAS. Para los usuarios es necesarios que tengan en cuenta que las baterías estándar de cadmio níquel tienen algunas limitaciones. Estas baterías necesitan ser totalmente descargadas antes de ser recargadas de lo contrario provocaran problemas en los componentes electrónicos. Además de que mas de una batería necesita ser utilizada al día. Las baterías de litio pueden ser recargadas en cualquier momento sin i8mportar si están totalmente descargadas. Además de que estas baterías se recargan mas rápido (4 horas) y considerablemente duran mas. Hosm er 7.2v L i­ion P ow er P ac k Otto Boc k En ergy P acks P ow er P lus by RSL Steeper 42 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.9 USANDO UNA PRÓTESIS MIOELÉCTRICA. El entrenamiento es muy importante para los usuarios si es que ellos han aceptado usar una prótesis de brazo mioeléctrica. Estos dispositivos son muy sofisticados por lo que el entrenamiento para los usuarios es requerido para operarlos y aprovechar todo su potencial. 2.9.1 Cuando es el mejor momento para usar un brazo mioeléctrico? Los niños pueden usar el brazo mioeléctrico tan temprano como a la edad de un año. Usar la prótesis en la niñez le permite que la extremidad se convierta gradualmente en parte de la vida diaria y permite que sea incorporada en la imagen del niño. Los adultos adquieren una prótesis a una edad ya muy madura por lo que el entrenamiento y la practica son requeridas para conseguir el mayor ajuste. 2.9.2 Porque es importante el entrenamiento? El entrenamiento habilita al usuario a: ­ ­ ­ ­ ­ Operar el brazo automáticamente sin exhortar mas energía de la necesaria Usar el brazo eficientemente en tareas que el usuario realiza frecuentemente Analizar la mejor forma para usar el brazo en nuevas tareas o inusuales Usar el brazo de la forma mas natural posible Cuidar la prótesis manteniéndola limpia y trabajando perfectamente 2.9.3 Cuales son las fases del entrenamiento mioeléctrico? 2.9.3.1 Entrenamiento para las señales. Durante esta fase del entrenamiento el usuario aprende a seleccionar y controlar el músculo o músculos requeridos para operar el brazo mioeléctrico. El usuario también aprende a como producir las señales de control e inhibir las que no son necesarias cuando el movimiento no es requerido. Electrodos son puestos en los músculos seleccionados y conectados a un entrenador que incita al usuario a flexionar o contraer los músculos y provee retroalimentación para aprender a manejar las señales. 2.9.3.2 Entrenamiento para el control. Durante esta fase, el usuario aprende como controlar los músculos apropiadamente para ejecutar una función requerida o tarea. Los electrodos son colocados en los músculos apropiados y conectados a un par de luces, mano eléctrica o un juguete (para niños). Esto ayuda al usuario para tener éxito en el manejo de las señales para controlarlas. Una gran variedad de objetos de diferentes tamaños y texturas pueden ser usadas para ayudar al usuario a practicar mientras aprende a controlar la mano. 43 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.9.3.3 Entrenamiento para las funciones. Esta es la fase mas intensa del entrenamiento, cuando aprendes a completar tareas con la mano. Es importante asegurarse que la prótesis se ajusta apropiadamente antes de comenzar esta etapa. Tareas simples son diseñadas para permitir cada patrón para ser aprendido. Gradualmente las actividades se van haciendo mas complejas y reales y son introducidas dependiendo de la edad del usuario. Los niños pueden desarrollar actividades como sacar punta a un lápiz, subir o bajar un cierre. Los adultos pueden tratar de cortar carne, jugar cartas o abrir una sombrilla. Es importante decirle al terapista que tipo de actividades le gustaría mejorar. 2.10 TIPS. ­ ­ ­ Usar el brazo diariamente creara un habito para usar la prótesis Comenzar a usar la prótesis durante periodos cortos de tiempo e ir incrementando el tiempo hasta que el usuario se sienta cómodo para usarla todo el día. Personaliza el brazo con logos o caricaturas. 2.11 RECREACIÓN. Muchos dispositivos están disponibles para ayudar al usuario a participar en muchas actividades o deportes solo que cada una representa un tipo de prótesis diferente. Actualmente se cuenta con extremidades para practicar baseball, grand slam baseball, basketball, football, volleyball, lacrosse y tennis. 44 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.12 AVANCES EN PRÓTESIS. Una encuesta realizada en Estados Unidos revela que las prótesis de miembro superior representa solo el 5% del trabajo realizado por los protesistas en todo el país. La tecnología desarrollada para la industria electrónica y comunicaciones como baterías, mini electrónica y microcomputadoras están mejorando nuevos dispositivos para prótesis de adultos y niños, además de que nuevos polímeros y plásticos están haciendo que nuevas prótesis sean mas ligeras, mas resistentes y mucho mas reales. La tendencia en manos eléctricas es muy clara. El microprocesador esta aquí para quedarse y los últimos microcontroladores para manos eléctricas usan pequeñas microcomputadoras las cuales proveen mas funciones automáticas que antes. El control proporcional es aceptado como el método preferido para manos mioelectricas. Proporcional quiere decir que la fuerza de la mano es proporcional al tamaño de contracción del músculo. Todos los nuevos microcontroladores proporcionan control proporcional. El nuevo ProControl 2 del Mando del Movimiento un microordenador para la mano eléctrica y mando de la muñeca. Los AutoCal® patentados ofrecen automáticamente se ajusta a la fuerza de los signos del usuario durante el primero pocos segundo después de eso ha encendido. Cuando los músculos se cansan al final del día, el usuario puede ajustar para el cambio en la fuerza del músculo. El mismo mando es ahora posible con un solo músculo, o incluso un "tire" el sensor en el arnés. . (Photo courtesy of Motion Control, Inc.) Nuevas manos están siendo desarrolladas. La ultima mano eléctrica promete rápidos movimientos para abrir y cerrar, dedos fuertes para soportar fuerzas grandes y switch de emergencia. Mecánicamente también hay mejoría porque se ha desarrollado un cable de polímero flexible que sustituirá el cable de acero, lo que hará que el movimiento sea mucho mas suave y fácil para jalar el mecanismo. 45 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Estéticamente las manos están siendo hechas de silicón y la apariencia es mucho mas natural y similar al color de la piel además de que tiene mayor resistencia y no se mancha tan fácil. Muy pronto contaremos con manos mioelectricas que tenga un parecido casi exacto a los miembros humanos. 46 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 3. SEÑAL EMG 3.1 ELECTROMIOGRAFIA Son los estudios destinados a conocer el funcionamiento adecuado o no del sistema nervioso periférico (nervio y músculo). De los nervios es posible conocer la velocidad y la cuantía de la conducción. Del músculo es posible saber si tanto el reposo como la contracción leve o máxima indican la presencia de anomalías particulares. Para estudiar el nervio se mide la velocidad de propagación de estímulos eléctricos que el médico provoca colocando un estimulador eléctrico sobre distintos nervios, habitualmente de los miembros, aunque a veces también de la cara o cuello. Esto supone que el paciente siente estas descargas, como calambrazos, y el médico mide con el equipo adecuado las distintas respuestas. enfermedades u otras. La electromiografía es el registro mediante una aguja (y de modo muy poco frecuente mediante electrodos de superficie) de la actividad eléctrica muscular. Las fibras musculares al contraerse producen descargas que recogidas por estos electrodos dan unos patrones bien normales, o indicativos de lesión a distintas alturas del sistema neuromuscular. Hay distintos de tipos de electromiografía según la aguja usada, y según lo que se intente registrar por sospechar unas Otras técnicas particulares son las del estudio de la unión neuromuscular, que sirven para el diagnóstico de la miastenia gravis, una enfermedad poco frecuente pero importante, por su gravedad y por existencia de tratamientos. Se conocen como estimulación repetitiva y electromiografía de fibra aislada. Estas técnicas son variantes de los procedimientos de las electroneurografía y electromiografía habituales. 3.2 SEÑAL EMG. La señal mioeléctrica es la señal que se produce en los músculos cuando éstos se contraen. Esta señal, si bien tenue, es susceptible de ser medida con un equipo adecuado. Uno de los usos que se han dado a esta señal de electro miografía ha sido en el campo de las prótesis mioeléctricas. Un amputado de la extremidad superior, al nivel de codo, puede poseer los músculos del brazo intactos, si bien realizar función alguna. La prótesis mioelectrica recoge la señal EMG de estos músculos residuales, la procesan y la utilizan como señal de control para gobernar unos servomotores en la 47 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica prótesis que puedan hacer las funciones del brazo original. Por tanto el amputado puede recuperar parte de las funcionalidades de su antiguo miembro mediante la contracción o reposo de unos músculos que en todo caso, habían de serle útiles Sin embargo no todos los amputados son capaces de gobernar una prótesis, bien porque la amputación haya sido realizado a una altura muy alta, o bien porque el enfermo carezca de habilidad suficiente en unos músculos que quizás hayan degenerado por su falta de uso. Dado que una prótesis mioelectrica es cara, sería de manifiesta utilidad un sistema capaz de distinguir entre pacientes aptos para vestir estas costosas prótesis y no aptos, antes de que éstos la adquieran y la adaptación a su brazo. 3.2.1 Aplicaciones de la señal EMG Aunque conocidas desde principios del siglo XX, la señal EMG no ha servido para un fin útil hasta que estuvieron los avances de la electrónica y la informática. Aun hoy en día, la continua evolución de estos sistemas propicia constantes avances en los sistemas que aprovechan la señal EMG y la aparición de sistemas nuevos. 3.2.2 Aplicaciones médicas Como señales originada por el cuerpo humano que es, tiene un interés evidente en la práctica medica. En el campo de la diagnosis se utiliza para detectar la esclerosis lateral amiotrófica, y la miositis, la neuropatía motora hereditaria de tipo 1 o la distrofia muscular. Dado que la señal EMG revela la actividad muscular, es muy útil también a la hora de estudiar el movimiento y la coordinación de los músculos del cuerpo humano, los mecanismos que tiene a la hora de realizar tareas muy complejas, tales como el acto de caminar o los movimientos cotidianos de un brazo. También la señal EMG se ha utilizado para recrear mejor algunas zonas del cuerpo humano, como las zonas de inervación en el bíceps, o la longitud de las fibras musculares como función de su estado de excitación. 3.2.3 Aplicaciones de control Desde los años 60 se ha venido utilizando la señal EMG como señal de control Para prótesis movidas por motores eléctricos o, la misma, filosofía como señal de control para la excitación de músculos que han sufrido parálisis. La sencilla adquisición de la señal en la superficie de la piel es idónea para obtener una señal de control, bien en personas amputadas que desean gobernar una prótesis mioeléctrica. Del mismo modo que la contracción muscular produce una señal eléctrica, la estimulación de un músculo con una señal eléctrica externa provocan su contracción. Pero como la señal de control que es, puede dirigir otros muchos dispositivos. 48 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 3.3 PRÓTESIS MIOELÉCTRICA Una prótesis es el sustituto mecánico de un miembro amputado. Este proyecto toma como referencia las prótesis mioeléctricas que suplen el miembro superior de un amputado a la altura del codo. En todo caso, un amputado con una prótesis es capaz de realizar muchas más tareas que un amputado sin ella. Las prótesis actuales son complicados dispositivos mecánicos de alta tecnología, que permiten gran cantidad de movimiento y que restauran sensaciones como el frío, el calor o la presión mediante unos sensores en el brazo que trasladan tales sensaciones al humano y ciertamente mejoran la calidad de vida reduce el dolor del miembro fantasma. Las ventajas de estas prótesis, sistemas totalmente mecánicos, es su sencillez, su robustez y su capacidad propioceptiva, es decir, al realizar unas tareas el usuario es conciente de la fuerza que esta desarrollando, lo cual no sucede con las prótesis mioeléctricas a veces sin embargo es algo incomodó el arnés. En las prótesis mioeléctricas, la señal EMG de los músculos residuales controla los motores eléctricos de la prótesis. Se comercializan prótesis de mano, de brazos por encima del codo y de brazos por debajo del codo. Cualquiera de ellas se puede sujetar al miembro residual de varias maneras, lo más común es haciendo el vacío entre la prótesis y el miembro, con lo cual queda bien sujeta aunque también se puede enganchar de otras maneras. Las prótesis mioeléctricas llevan vendiéndose desde los años 60, pero aún sigue sin resolverse ciertos problemas. La prótesis mioeléctrica es más pesada que la prótesis tradicional, debido a los motores y a las baterías, y es además más frágil y no puede soportar demasiado peso. Es difícil ofrecer varios grados de libertad y no todos los usuarios de estas prótesis muestran soltura en su manejo. Algunas ofrecen control proporcional sobre una función concreta, y para cambiar de función hay que activar un conmutador con la otra mano o bien realizar dos contracciones rápidas. Todas estas dificultades, sin embargo están siendo poco a poco superadas. 3.3.1 Retroalimentación Las prótesis modernas emplean sistemas de feedback o retroalimentación. Si no se emplea ningún sistema de retroalimentación, el usuario no sabrá la fuerza que esta ejerciendo su prótesis, y le será imposible recoger una cajetilla de cigarros sin aplastarla a no ser que esté mirando. Las prótesis han incorporado desde hace poco sensores que adquieran la señal en la extremidad perdida y se la hacen llegar al sujeto. La mano Otto bock por ejemplo tiene sensores de contacto y de deslizamiento; la señal de deslizamiento es interpretada además por la propia prótesis para ejercer la fuerza justa para el agarre. 3.3.2 Entrenamiento Un requisito casi imprescindible para lograr el éxito con una prótesis mioeléctrica es un entrenamiento adecuado, un paciente que ha estado largo tiempo sin miembro y sin prótesis esta 49 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica acostumbrado a no utilizar nada y ser muy difícil adaptarle el nuevo miembro en cambio, en niños, las tareas es mucho mas sencillas. 3.3.3 Tendencias y futuras prótesis El diseño de una prótesis mioeléctrica es un trabajo multidisciplinaria en el intervienen ingenieros especializados en la señal eléctrica ingenieros especializados en la mecánica del sistema, programadores con conocimientos de técnica en inteligencia artificial; pero también médicos y especialistas ortopédicos y sobre todo, los propios amputados con su propia experiencia. La coordinación y sinergia entre todos ellos no siempre es buena, y debería existir mayor fluidez. En 1998 se realizo una encuesta entre 80 usuarios de prótesis para definir como debería ser la siguiente generación de prótesis: * Tanto la estética como la funcionalidad de las prótesis. * El peso de la prótesis debería ser bajo. * La prótesis debería dar servicio durante todo el día * Se debería realizar incluso algún deporte con ellas Una tecnología moderna que busca mejorar las cuestiones médicas es el diseño de la prótesis mioeléctrica mediante el uso de músculos artificiales. Este material tiene la característica de cambiar su longitud cuando se le aplica una tensión a su extremo y se viene usando en robótica desde 1983. La prótesis ha de contar con inteligencia artificial propia, subordinada a la voluntad del sujeto. Es el control jerárquico. El mismo cerebro humano de hecho utiliza un control jerárquico los subsistemas del individuo son lentos y las comunicaciones entre ellas no permitirán al sujeto reaccionar suficientemente rápido para responder al mundo exterior si todo el control fuera procesado en un solo punto. Esta tendencia de prótesis de control jerárquico invita también a utilizar el control discreto; basta con hacer obtener a las prótesis que se desea agarrar algo y no es necesario guardar concientemente las fuerzas. 3.4 ORIGEN Y ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL EMG La señal mioeléctrica o de electromiografica es la señal eléctrica que se mide en la superficie del músculo cuando se contrae. En esta sección se describe la señal EMG, con especial énfasis en los aspectos que se puedan condicionar el desarrollo del sistema. La señal EMG es la base a partir de la cual se construye todo este trabajo, por tanto se desea caracterizarla desde un primer momento. No es de interés tanto el origen y la fisiología de la señal como una descripción matemática precisa. Se presta también más atención a los músculos del antebrazo por ser también los que centran el trabajo. En primer lugar se establecerá el origen compuesto de la señal EMG y a continuación se repasara el origen físico – químico del proceso. Después se describirá como se mide la señal EMG, y 50 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica finalmente se esboza la compleja relación entre la señal EMG resultante y la fuerza del músculo. Ello es además el objeto de la subseccion Origen de la señal EMG 3.4.1 Origen de la señal EMG. Los músculos del cuerpo humano consisten en fibras musculares que son activas por las motoneuronas. Los impulsos que llegan desde la medula espinal a través de una sola motoneurona activan varias fibras musculares, en un número que crece proporcionalmente con el tamaño del músculo. Estas fibras forman un grupo llamado unidad motora (MU). Cada motoneurona activa por tanto un número variable de fibras, numero que se va desde una decena hasta varias miles. Dicha cifra se llama tasa de innervación. La respuesta eléctrica a la estimulación de una MU se llama potencial de acción de unidad motora (MUAP), y para mantener la contracción de un músculo han de descargarse periódicamente MUAPs, ponderados por la posición y tamaño de las fibras. Su amplitud cuando se mide con electrodos de superficie es a lo sumo de 10 mV, y es función de multitud de variables, como el grado de humedad, las capas de grasa entre el electrodo y el músculo o la temperatura ambiente (a mas frió mayor amplitud de la señal). Si se desea incrementar la fuerza de un músculo se reclutaran más motoneuronas, y si están ya todas en activo, se aumentara la frecuencia de refresco. Las MU de un músculo se reclutan en su totalidad cuando se ha realizado el 75% del máximo esfuerzo (MVC) aproximadamente. El umbral de activación de las motoneuronas que controlan pocas fibras parece ser que es mas bajo que el resto, así que son las primeras en activarse. Esto tendrá alguna repercusión en el trabajo que aquí se presenta, como se vera mas adelante. Es posible al menos estimar cuantas motoneuronas han sido reclutadas en todo momento, mediante un simple recuento de MUAPs detectados por un electrodo intramuscular. Sin embargo, en nuestro contexto no tiene interés directo, dado que solo se va a obtener la señal a partir de electrodos de superficie, y esa información que podría ser útil no estará disponible. Basta saber que para los músculos que son de nuestro interés, bíceps y tríceps, el número de MU implicado puede ser de varios cientos. La amplitud de cada MAUP crece con el radio de la fibra elevado a la 1.7 aproximadamente, y decrece de manera inversamente proporcional a la distancia entre la fibra y el electrodo. Cada MAUP tiene una duración aproximadamente de 3 a 20 ms, (de 1 a 13 según Peluca). El tren de MUAPs tiene una frecuencia que varia con la fuerza que se aplica, en el caso del bíceps, son de 7 y 25 descargas por segundo, si bien el tiempo que se sucede entre impulsos es aleatorio. En los mínimos niveles de fuerza, esta tasa se queda entre los 7 y 12 pulsos por segundo, en tanto que con un máximo esfuerzo se llega a la veintena o mas. En condiciones de no fatiga del músculo y de actividad muscular baja o media, las descargas de las motoneuronas no muestran ninguna dependencia entre instantes sucesivos (señal incorrelada siguiendo un modelo de Poisson), en tanto que con una actividad muscular fuerte, la señal si presenta alguna correlación. 51 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Como estos datos se pueden sacar una conclusión bastante útil para caracterizar la señal EMG. Si se considera que el tiempo de espera entre dos disparos de una MU es aproximadamente t=0,1 (10 disparos por segundo) y que se cuenta con N=200 MU, se puede aplicar la formula de Little N=^t y hallar que la tasa de llegadas es muy grande,^=2000, suficiente como para considerar que el proceso es gaussiano (por simple aplicación del teorema del limite central). 3.4.2 Descomposición de la señal EMG Se han descrito muchos métodos para descomponer una señal EMG en sus MAUP que la componen, porque tienen especiales interés medico para detectar enfermedades. Alguno muy resiente es especialmente interesante, pues se considera la señal como una sucesión de símbolos que tienen interferencia entre si, todo un enfoque según la teoría de la comunicación. También se han desarrollado simuladores informáticos para representar la señal EMG, así como simuladores que comprueban la capacidad de los algoritmos descomponedores. Seria de cierto interés para este trabajo descomponer la señal, pero en su gran mayoría los métodos propuestos la adquieren de un electrodo de aguja y eso queda descartado en nuestro sistema. 3.5 PROCESO FÍSICO QUÍMICO El proceso fisicoquímico responsable de la activación de un solo MU se llama bomba de sodio potasio y produce la transmisión del impulso a lo largo de la fibra. Aún cuando el tejido muscular está en reposo, se puede medir una diferencia de potencial de ­90 m V: es el potencial de reposo de la membrana. Esta diferencia se da entre el interior de la fibra y el exterior, y es debido a la presencia de iones de sodio (Na+), potasio (K +) y cloro (Cl­). En reposo, los iones de potasio están en mayor concentración dentro de la fibra muscular, en tanto que el sodio y cloro están en el exterior. Pero también hay otros iones que contribuyen al potencial de reposo de la membrana, siendo estos tanto inorgánicos coma orgánicos (proteínas, por ejemplo). Para producir la fuerza muscular, las fibras reciben el impulso de la motoneurona, coma ya se ha comentado. Esta sinapsis algo especial conduce a la generación en el músculo de un potencial de acción. La membrana modifica su permeabilidad a los iones, y entran en el interior suficientes iones de sodio coma para invertir la polaridad y alcanzar los +30 mV. Pero mientras, la permeabilidad para el potasio también se ha modificado y los iones de potasio vuelven a salir de la célula hasta que esta se repolariza y se restablece el potencial de reposo. Este proceso es propagativo, pues las células contiguas también se excitan y entonces la fibra muscular entera se excita. La velocidad de conducción queda determinada por la velocidad de movimiento de los iones, y depende del estado del músculo y de su morfología. Así, en las fibras rápidas el potencial de acción es superior, y la silueta del MUAP es diferente. Las fibras de diámetro grande, también tienen un potencial de acción mayor, y los músculos largos propagan 52 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica con mayor lentitud la señal. Dicha velocidad de propagación está entre el 1 y los 5 metros por segundo [4] (de 2 a 6 m/s según DeLuca [12]), que es muy inferior a la velocidad de conducción en los nervios (de 30 a 75 m/s). 3.6 ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL EMG 3.6.1 Tipos de electrodos La medición de la señal EMG se puede realizar con un electrodo de aguja, si es para fines médicos, o bien con un electrodo de superficie si no se admiten técnicas invasivas. Los electrodos de aguja son incómodos para el paciente, y se descartan para su uso en las prótesis mioeléctricas. Un electrodo de superficie recoge la señal de muchos cientos o miles de MUAPs, en tanto que la señal recogida con un electrodo de aguja recoge la influencia de apenas unas pocas fibras, a los sumo unas pocas decenas. La amplitud de la señal recogida con el electrodo de superficie es, evidentemente, mucho mayor que la señal del electrodo de aguja. Figura 6: Tres tipos de electrodos. Lo que si podrían ser de utilidad son electrodos activos, en los cuales están integrados ya circuitos de amplificación a fin de reducir el ruido, aprovechando el principio básico de que cuanto antes se realice la amplificación en la cadena mayor será la relación señal a ruido. La implantación de micro eléctrodos en el interior del músculo es algo que por ahora solo se ha experimentado en animales. En la figura 6 se muestran tres tipos de electrodos: electrodo desechable de ECG, electrodo de superficie EMG y electrodos de aguja de EMG. El primero es que el fue usado en el laboratorio. El segundo parece mas apropiado, puesto que los contactos tienen forma rectangular y la distancia de separación entre las placas es fija. 3.6.2 Posición de los electrodos Para adquirir señales biomédicas se utiliza la amplificación diferencial, es decir, se recoge la diferencia de potencial entre dos puntos del cuerpo humano respecto a una referencia y se elimina la parte común de la señal. Para adquirir la señal de un músculo hacen falta par tanto tres electrodos, dos de ellos se aplican sobre el músculo, y el tercero sobre un tejido que no interviene. La elección de la posición optima de los electrodos para tener una buena señal EMG no es sistemática, y los fabricantes de prótesis mismos recomiendan de hecho proceder 'por tanteo' 53 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica hasta encontrar la mejor posición. La distancia de separación de los electrodos influye en la amplitud y en el espectro de la señal recogida. En el espectro, cuanto mayor es la separación, mas bajo es el rango de frecuencias que ocupa la señal. La separación de los electrodos influye en la amplitud de la señal y en general, separándolos, se amplifica la señal. A cambio se obtiene más interferencia de los músculos cercanos y más ruido en general. Así por ejemplo, Hogan experimento que pasar de 2 cm. a 1 cm. de separación entre los electrodos, aumentaba la relación señal a ruido en un 35 % [14]. De Luca también sugiere una distancia de 1 cm. Sin embargo, llegado un momento la separación de los electrodos hace decaer de nuevo la amplitud. Así, si el par de electrodos se separa en 3 cm en el tríceps, la amplitud de la señal puede decaer hasta en un 25 %. Hershler llevó a cabo un estudio sobre la repetibilidad de las medidas teniendo en cuenta diferentes días y diferentes posiciones de los electrodos, pero su trabajo solo se centra en estimar la amplitud tras una rectificación y un filtrado paso bajo, lo cual es un estudio demasiado limitado para el sistema aquí propuesto. Si es valida por contra la idea de sistematizar las medidas y hallar el parámetro que menos varía cuando varían el resto de condiciones, o para conocer cuando es necesaria una nueva recalibración. Ello merecería un análisis por nuestra parte, ya que poco o nada se ha publicado nada al respecto desde entonces, si bien su importancia es limitada. Es del todo imposible además que los electrodos tengan una posición fija puesto que el músculo se mueve, por lo que hay que contar con la inestabilidad de la señal. Lo que sí parece obligatorio, en todo caso, es mantener fija la distancia; en nuestro sistema se tomo un estándar que garantizaba siempre la misma separación en 3 cm. Hay un punto importante que no debe ser pasado por alto, analizado en. Y es que la simple separación de los electrodos ya impone un filtro sobre la señal. Se ha detallado que la actividad mioeléctrica se propaga a una velocidad de entre v = 1 y v = 5 metros por segundo. También se ha escrito que una separación razonable de los electrodos es de entre los d = 0,01 y los d = 0,03 metros, electrodos que recogen la señal para una amplificaci6n diferencial que elimina la señal común. El tiempo τ que tarda un impulso en llegar de un electrodo a otro es: t= d v (1) Una señal senoidal periódica que tuviera la frecuencia f = 1/ τ tendría la propiedad de que un pico y el siguiente llegan simultáneamente al primer y al segundo electrodo respectivamente. Siendo el amplificador diferencial, la señal que se recoge en ambos puntos esta en fase y es siempre idéntica, y por tanto rechazada. E igualmente son rechazados todos sus armónicos. En el mejor de los casos para los datos dados, la frecuencia principal se maximiza si v = 5 m/s y d = 0,01 m: 500 Hz. Así, si el rechazo al modo común del amplificador cumple bien su tarea, la señal perderá irremediablemente las componentes de frecuencia en 500Hz y 1000Hz. Pero el peor de los casos9 tiene la frecuencia de resonancia en 30Hz, y así se perderán los armónicos en 30Hz, 60Hz, 90Hz. . . . Así que se tiene un filtro de peine que 'peina' la señal y literalmente la hace trizas. Y aún con la 54 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica separación de 1 cm, la frecuencia de resonancia puede también quedar en el indeseable punto de los 100Hz. La respuesta del filtro es: |H(f)| = |sin (π d/ v)| (2) En la figura 7 se representa el caso d/v = 1s. En la práctica se pudo comprobar que el filtro no actuaba de una manera tan dramática, posiblemente porque los electrodos distaban mucho de ser puntuales. 3.6.3 Interferencias La señal se mide aquí con electrodos de superficie desechables, lo cual conlleva que los electrodos en un músculo recogen en menor o en mayor grado la señal de músculos adyacentes10. 9 Cuando v = 1 m/s y d = 0,03 m. En la literatura inglesa esto se conoce como crosstalk lO Figura 7: Respuesta del filtro que impone la amplificación diferencial. Podría pensarse que una manera de estimar si hay mucha o poca interferencia entre las señales de dos músculos es calcular el coeficiente de correlación cruzada, y fijado un umbral, decir si es mucha o poca. Ello no es viable [74], ya que los tejidos entre los varios músculos que intervienen son anisótropos e in homogéneos. Ello causa múltiples difracciones de los vectores del campo eléctrico así que cuando llega la señal al electrodo ya esta de por si incorrelado. A fin de evitar estas interferencias se ha propuesto una amplificación doblemente diferencial, pero eso ya supondría cinco electrodos por cada señal recogida, un número demasiado alto para ser práctico si se han de recoger varias señales. También la utilización de varios pares de electrodos aplicados al mismo músculo mejoran los resultados. [55] Hudgins investigó distintas configuraciones de los electrodos sobre el bíceps y el tríceps, utilizando los métodos propuestos en su artículo clásico de 1993 [42], llegando a la conclusión de que dos canales muy próximos proporcionan una mejora muy importante sobre el comportamiento habitual. En el trabajo que se 55 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica propone no se ha planteado ningún paliativo para estas interferencias. 3.6.4 Variación de la señal EMG en distintos brazos La extracción de señales se realizará con señales adquiridas de personas sanas. Esto no supone una merma de realismo, puesto que las señales de las personas amputadas no son significativamente diferentes a la de un sujeto normal a la luz de algún estudio que se ha realizado. En la mayoría de los trabajos similares a éste también se han tomado las señales de personas sanas, tomando la precaución de inmovilizar su brazo, de modo tal que al fin y al cabo sea lo mismo. También se ha hecho algún estudio para detectar alguna diferencia entre el brazo dominante (izquierdo para zurdos, derecho para diestros) y no dominante, llegando a la conclusión de que las diferencias se plasmaban solo a partir del 80 % del máximo esfuerzo voluntario (MVE), sugiriendo diámetros de las fibras mayores. En todo caso sus resultados no nos afectan tampoco. 3.6.5 Relación fuerza ­ señal EMG Se podría pensar que conociendo todos esos datos la relación entre fuerza y señal EMG debería ser conocida y determinada. Sin embargo ello no es cierto, el factor aleatorio es demasiado importante, la señal presenta demasiado ruido y atraviesa sistemas no lineales. Se da como aproximación que tras un filtrado, la relación entre fuerza y amplitud es cuadrática, pero ello es solo aproximado y valido para señales de baja intensidad, menores que el 50 % de la máxima contracción voluntaria. 3.7 DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL EMG Para ser procesada la señal ha de ser digitalizada, es decir, muestreada y cuantificada. Su procesado, a no ser que se diga lo contrario, se hará en bloques, en patrones de tamaño más o menos constantes, y las decisiones que se tomen se harán sobre cada patrón por separado. El tamaño del patrón, por razones que más adelante se detallan, será de unos 220 ms. La tasa de muestreo ha de ser suficiente como para abarcar la mayor parte de la energía de la señal; en nuestro caso se ha elegido una tasa de 1024 muestras por segundo. Por aplicación del teorema de Nyquist, la frecuencia mas alta de la señal que es adquirida es de 512Hz. Debería existir un filtro paso bajo de 512Hz para evitar solapamiento de la señal. Cada muestra de la señal es cuantificada con 12 bits, dando 4096 valores posibles para cada muestra. Ello significa un ruido de cuantificación muy bajo. El rango de entrada del conversor A/D es de ­5 a +5 voltios, con lo que la resolución del conversor es 2,4 mV; suponiendo una ganancia del amplificador de 30dB, significa que se conocerá a la señal EMG con una precisión de 2,4 μv. En la figura 8 se muestra un patrón de la señal tomada de un músculo en contracción. La muestra fue adquirida de la contracción en su fase estacionaria, no en su parte transitoria. El eje de abscisas esta en milisegundos (se muestran los 200 primeros milisegundos) y comprende 205 muestras (pues la tasa de muestreo es de 1024). La cabecera analógica tenía tan solo activado un filtro de red, y los filtros software estaban deshabilitados. El eje de ordenadas presenta la muestra en el rango de ­2048 a 2047; es decir, que el pico mayor de la señal presentaba unos 120 56 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica milivoltios de amplitud a la entrada del conversor A/D. Figura 8: Patrón en el dominio del tiempo. La densidad espectral de potencia de la señal se muestra en la figura 9. Fue hallada operando fuera de tiempo real con el programa Matlab. Se sometió al patrón de la figura 8 a una DFT de 205 puntos con el comando fft, tomándose luego su valor absoluto (abs) para después ser centrada ­ (fftshift). El eje de abscisas presenta la frecuencia desde los 0 hasta los 512 Hz, pues la señal de 200ms constaba de 205 muestras al haber sido muestreada a 1024 muestras por segundo. 3.8 ESTRUCTURA TEMPORAL DE LA SEÑAL EMG Hasta 1993 se supuso que la señal EMG carecía de toda estructura temporal. Sus características habían de ser extraídas de los parámetros estadísticos que desde luego daba igual tomar en un instante o en otro de la contracción. Sin embargo Hudgins presento ese año la demostración de lo contrario, frente a todo lo que se podía pensar. Figura 9: Patrón en el dominio de la frecuencia. La señal mioeléctrica en la fase inicial de la contracción de un músculo muestra una estructura determinada que puede ser aprovechada para el control mioeléctrico de la prótesis. Para cada persona y para cada movimiento que realice, durante los primeros, digamos, 200ms, se genera un patrón de señal mioeléctrica distinto. Tal patrón se demostró que no era debido al movimiento sistemáticamente igual de los electrodos y del brazo, sino a procesos internos. Hudgins propuso utilizar esta información en la señal temporal para controlar una prótesis 57 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica mioeléctrica. Para ello dividió el patrón de 240ms en seis subpatrones de 40ms de donde se extraían las características estadísticas. Así, para un movimiento dado, su caracterización venia dada por seis conjuntos de características; los 240ms del patrón comenzaban a contar a partir de que una muestra mas alta de un cierto umbral. En su modelo, al rebasar la amplitud de las muestras un cierto umbral, se disparaba el proceso de reconocimiento del patrón, si lo deseáramos aplicar habríamos de tener mas cuidado, pues en nuestro sistema los ruidos espúreos no son infrecuentes. Las figuras 10 y 11 están tomadas de su artículo clásico. La figura 10(a) de la izquierda muestra cuatro fragmentos de señal EMG habiéndose estabilizado la contracción, en tanto que la figura 10(a) de la derecha muestra cuatro fragmentos adquiridos tan solo en la fase inicial de cada movimiento, antes de que se estabilizara. El movimiento era el mismo en todos los casos, y era una flexión del codo. La imagen (b) de la izquierda y de la derecha representan el promedio de 60 patrones distintos tomados en distintos instantes. Lo significativo es que la imagen (b) de la izquierda, correspondiente a las señales estables, se asemeja a un ruido blanco, lo cual era de esperar si se suponen todos los procesos independientes; por simple aplicación del teorema de los grandes números cada muestra es gaussiana e independiente. En cambio, la imagen (b) de la derecha recoge una estructura que parece repetirse en cada contracción, dicha estructura es de amplitud mayor que en el caso anterior y la forma de la onda puede percibirse en los cuatro ejemplos del caso (a) de la derecha. Figura 10: Experimento de Hudgins (1) De hecho, la amplitud nos da una idea de cuan significativo es. Siendo suma de procesos gaussianos de media cero, era de esperar que la varianza decreciera con 1/P si hay P patrones sumados, es decir que la varianza deberá decrecer en 1/60 si los procesos fueran totalmente aleatorios. En los datos que aportó Hudgins, comentaba que en la figura de la izquierda si había caído a 1/56, en tanto que en la de la derecha solo lo había hecho a 1/7. En la figura 11 se muestra coma diferentes movimientos traen aparejadas diferentes siluetas en la figura. Así, de tomado de izquierda a derecha y de arriba a abajo, las imágenes representan una supinación del antebrazo, una extensión del codo, una rotación del humero hacia el centro, una contracción del grupo muscular flexor, una flexión de la muñeca , una pronación del antebrazo, una contracción del grupo muscular extensor y una contracción doble del bíceps y del tríceps. 58 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica En el laboratorio no se estudio con rigor la estructura temporal de la señal EMG. Sin embargo de manera cualitativa, si fue perfectamente observable Figura 11: Experimento de Hudgins (2). Este fenómeno, grabándose varias señales correspondientes al inicio de una flexión del codo, y por simple inspección de las graficas de las señales se pudo observar claramente el fenómeno. 3.9 CLASIFICACIÓN DE PATRONES MIOELÉCTRICOS El problema que nos ocupa es fundamentalmente un problema de clasificación de patrones. En esta sección se explica el sistema clasificador, que se divide en extracción de características y en clasificación a partir de las características. Este es el enfoque clásico del libro de Fukunaga aunque también ha sido explícitamente aplicado al problema de los patrones mioeléctricos en muchas ocasiones, siendo preciso destacar la aportación de K. Englehart. En el primer apartado de esta sección se establece la diferencia entre los problemas de estimación y los problemas de clasificación, y coma en nuestro trabajo los primeros quedan subordinados a los segundos. En el segundo apartado se plantea formalmente al problema, y en el tercero finalmente se ponen números reales a todo lo anterior. 3.9.1 Clasificación vs. Estimación Hay dos tipos de control mioeléctrico: control discreto y control proporcional. ­ ­ En el control proporcional, se estima la fuerza producida por el músculo a partir de la señal mioeléctrica para determinar la velocidad de movimiento (o fuerza) del brazo de una manera continua. Si la estimación de la fuerza es buena, y se conoce la mecánica del problema (longitud del brazo natural, peso etc.), por simple aplicación de las leyes de Newton se puede deducir la velocidad y fuerza de la prótesis en cada momento. Este fue el primer enfoque que recibieron las prótesis mioeléctricas, pero hay esta aproximación ha caído en desuso. En el control discreto, la señal mioeléctrica es clasificada en una de las K clases posibles definidas para producir uno de los K estados de la prótesis, tal como 'abrir mano' ó "pronar muñeca'. El movimiento lo lleva a cabo la prótesis en este caso a una velocidad (o fuerza) constante. 59 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica El control proporcional plantea un problema de estimación, el control discreto plantea un problema de clasificación. Cuando se estima la fuerza, se trata de que la diferencia entre el estimador y el estimado sea la mínima posible, cuando se clasifica un patrón se trata de que la probabilidad de decidir una clase siendo la voluntad del usuario otra sea mínima. Estimar es maximizar una SNR, clasificar es minimizar una probabilidad de error. En este trabajo se aborda principalmente el problema de la clasificación (o detección), y se propone un control discreto de la prótesis. Sin embargo, la teoría propuesta para una buena estimación de la fuerza no ha de ser desdeñada, y si recibe la debida atención en este proyecto. Los problemas de estimación y de detección van ligados, y ya desde 1977 se propuso [8] una clasificación de los estados de la prótesis mioeléctrica pero tratada desde un punto de vista de la estimación. Y por supuesto, los resultados han sido aprovechados también como características para el control discreto de prótesis. En este trabajo, la estimación de la fuerza arrojará una característica mas de la señal, y par tanto queda subordinado al problema de clasificación. 3.9.2 Representación formal de la señal La clasificación de señales, su compresión y la eliminación de ruido en ellas son ejemplos de problemas clásicos en la teoría de la señal. El problema que nos atañe, que incluye todo ello, cae dentro del dominio de la teoría de la señal, por lo que se tratará de presentar el problema de una manera más formal. Ello será lo que ocupe este apartado. Definamos patrón coma un vector de N variables x = [x (l),. . ., x(N)]. Estas variables en principio son las N muestras consecutivas de la señal. Cada patrón puede decirse que pertenece a una de las K clases posibles, y así y = Yo, Y = Y1 .. ó Y = Yk. Las K clases son los K estados de la prótesis, en principio se considerará K = 5 ó K = 7. Yo será el estado de reposo, las otras dos ó tres parejas corresponderán a los dos ó tres grados de libertad que se permitan a la prótesis. Sea el espacio de entrada X el conjunto de valores que puede tomar el vector patrón x y sea el espacio de la señal de salida Y el conjunto de valores que pueda tomar y. El espacio X tiene dimensión N, el espacio Y tiene dimensión K. En el caso del control proporcional Y es un espacio continua y puede escribirse que y Є Y CRK. Sin embargo, en el control discreto, se impone a y una restricción, y es que, a diferencia de x, no puede ser una combinación lineal de los vectores de su espacio, sino que ha de tomar uno de los valores discretos que se proponen, llamados clases. Formalmente, si : x Є X CRN , y Є Y = {Yl, ..., YK}. De manera menos formal, se podrá escribir que las c1ases son Yo, YI etc. sin la notación vectorial. Clasificar una señal: x es establecer una aplicación entre X e Y, que asigne a cada patrón de entrada: x una c1ase y. d: X → Y. La voluntad del usuario se traduce en unos patrones a partir de los cuales el clasificador propuesto ha de estimar su c1ase de salida. Entenderemos par rendimiento del clasificador al porcentaje de aciertos. Un porcentaje de aciertos inferior al 80 % se considera malo; mas adelante se precisará coma se mide el porcentaje de aciertos. Evidentemente, basta con reducir el tamaño K (es decir, el número de grados de libertad) para que el rendimiento aumente, pero esta solución trivial tampoco nos satisface. 60 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Establecer una aplicaci6n directa de los datos de entrada en el espacio de la señal de salida no es razonable. Se podría c1asificar la salida y como funci6n de las N componentes de: x, pero teniendo en cuenta que aproximadamente N = 220 en el sistema propuesto, se ha de descartar al instante. El espacio de entrada es realmente grande para ser tratado directamente. Grande tiene sentido en términos de computación. Se considerará un número de datos como grande si no es posible procesarlo en tiempo real, pero también se considerará grande si han de proporcionársele demasiados patrones de entrenamiento de manera supervisada, tantos como para aburrir al ser humano que haya de introducírselos. En ambos sentidos el patrón tiene una dimensión demasiado grande, como se vera en el siguiente apartado. Por todo ello se define un espacio de características, F14 de dimensión M, entre el espacio de la señal de entrada y el espacio de la señal de salida, donde M < N. El esquema se presenta en la figura 12. Un extractor de características se define como el sistema que establece la aplicación de X a F, y el clasificador coma el que lo hace entre F e Y, aunque par extensión a todo el proceso se le conocerá como "clasificador". En general se asumirá la presencia de una colección de datos de entrenamiento, que consiste en P pares de señales de entrada y de clases de salida (x, y): (xl, yI), (x2, yI), (x3, y2),….A fin de evaluar la generalización de la capacidad de un clasificador, se asume que esta colección de datos proviene de un modelo probabilístico, y que se trata de realizaciones de procesos estocásticos. En la practica serán mas interesantes los pares de entrenamiento (f, y), pues el clasificador habrá de operar sobre las características del espacio F. Figura 12: Esquema de la clasificación de patrones Finalmente se define el número de canales como L si hay L amplificadores diferenciales. Así, en un momento dado se contara en realidad con los patrones xl,..., xL, donde ahora los subíndices denotan el canal del que procede el patrón. Una representación adecuada en el momento de la 61 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica decisión seria en forma de matriz X de tamaño N x L con todas las muestras con las que se cuenta, pero el análisis se torna excesivamente complicado y se seguirá manteniendo la notaci6n en vectores. 3.10 PATRONES MIOELÉCTRICOS. 3.10.1 Espacio de la señal de entrada X Como ya se ha comentado los patrones tienen una longitud aproximada de N = 225 muestras. En todos los sistemas que aparecen en la literatura el número de muestras en cada patrón es en principio fijo, sin embargo en el que se presenta se es más flexible y se toleran pequeñas variaciones sin que se altere el rendimiento del clasificador. En 1979, sin embargo, ya se proponía un modelo cuyo tamaño del patron no era fijo sino función de la certidumbre que se tenía para tomar una decisión. La tasa de muestreo en el sistema presentado es de 1024 muestras por segundo. Las muestras llegan periódicamente al ordenador, y periódicamente debe el software recoger grupos de muestras que es lo que llamamos patrones o segmentos. En nuestro sistema se programa un temporizador, pero también existiría la posibilidad de que al llegar un determinado número de muestras se activara una interrupción; que siendo la llegada de datos síncrona no debería haber ninguna diferencia. Si hubiera algún desfase, en un sistema operativo monotarea se podría garantizar la recogida de patrones de la longitud exacta programando las interrupciones a bajo nivel (lenguaje ensamblador). Sin embargo, siendo Windows un sistema operativo (8.0.) multitarea, se utilice la alternativa de las interrupciones o la del temporizador, nada nos garantiza la puntualidad, pues en ambos casos se trata de un evento más que va a la cola de mensajes de Windows. Si el S.O. en ese momento esta especialmente ocupado, no se podrá evitar un pequeño retraso. En principio esta pensado que las muestras se recojan cada T = 220ms, que a fs = 1024 muestras por segundo suponen unas N = 225 muestras por patrón; en la práctica estos valores pueden variar en 5 ó 6 muestras arriba o abajo. Si los parámetros característicos de la señal quedan normalizados, entonces se podrán tomar coma equivalentes. Así por ejemplo en vez de computar la energía total de un patrón, se calcula la energía por muestra del patrón (o valor RMS). No se puede comparar la energía total de patrones de distinta longitud, si se puede comparar el valor RMS aunque la longitud sea ligeramente distinta. Cierto es que si fuera necesario se podría establecer una longitud fija del patrón a base de truncar los segmentos demasiado largos y rellenar de alguna manera los demasiado cortos, pero eso es un retroceso frente a la flexibilidad de un modelo que se adapta a los ligeros cambios. En todo caso, desperdiciar unas pocas muestras no es crítico en el funcionamiento del sistema. Ha habido alguna ocasión en que se ha propuesto que el tamaño N del patrón sea variable según convenga. Así Fleisher propuso un algoritmo en el que iba procesando las muestras hasta que poseía suficiente certeza sobre la decisión del sujeto, y en ese momento ejecutaba la decisión. En caso de no llegar a una certeza tras un tamaño tope del patrón se forzaba la decisión. Con esto se mejoraba el tiempo de respuesta del dispositivo a igualdad de probabilidad de error. Por otra parte puede considerarse la aplicación de una ventana al patrón a fin de suavizar la 62 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica decisión, pero ello solo es beneficioso dependiendo de la característica considerada. Farry [66] por ejemplo aplicaba una ventana de Hamming a cada segmento de la señal mioeléctrica. 3.10.2 Espacio de la señal de salida Y En este trabajo se considera K = 5 ó K = 7 estados, que aquí se define en la tabla 1. En general decidir cuantas clases definir, depende de la fiabilidad que se desee, aquí se ha hecho de manera aproximada, pero hay métodos que calculan cuantos y que grupos se pueden crear. Por ejemplo, en [32] se discute cuantos grupos se deben crear (clustering) para la discriminación de envolventes de la señal EMG. Clase yk 0 1 2 3 4 5 6 Función Reposo Abrir mano Cerrar mano Extensión Flexión Pronación Supinación Cuadro 1: Correspondencia entre clases y funciones 3.10.3 Espacio de características F El espacio de la señal de entrada es muy grande porque hacen falta muchos patrones de entrenamiento y porque el ordenador ha de tener tiempo como para procesar los datos en tiempo real. En primer lugar, Si N = 225 y cada muestra tiene un valor limitado a 4096 posibilidades, significa que el espacio de entrada tiene limitado su tamaño a 4096225 ≈ 10800 vectores. Por muchos patrones de entrenamiento que se introduzcan, siempre serán despreciables frente a aquello a lo que quieren representar. Hay que reducir la dimensionalidad acordemente con el número de patrones de entrenamiento que se hayan de dar, de manera que sean representativos. En este sistema, hay unos 5 patrones por segundo, lo que significa que si un tiempo razonable de entrenamiento es de varios minutos, no se podrá contar más que con unos pocos miles de patrones de entrenamiento. La maldición de la dimensionalidad impone que el número de patrones de entrenamiento que han de conocerse en un espacio de tamaño N ha de ser mucho mayor que N si se desea que la estimación no sea catastrófica. Si queremos relacionar las variables entre si harán falta aproximadamente la mitad de N x N, es decir, unas 25000 variables, un número demasiado grande. 63 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Y en segundo lugar el clasificador habrá de procesar los datos en tiempo real y el procesado no tiene par que realizar tan solo operaciones sencillas. Posiblemente habrá, por ejemplo, inversiones de matrices; piensese en lo cotoso que es, en términos de cálculo, invertir una matriz de 100 x 100. Es obligatorio operar no con el patrón, sino con un conjunto de características que sea manejable. Por tanto, el clasificador no puede decidir a partir del patrón de entrada directamente, sino que ha de hacerlo a partir de un conjunto de características representativas del patrón. Hay sin embargo algún sistema propuesto recientemente que opera con la señal en bruto, enviándose las 200 muestras que toma por cada patrón directamente a una red neuronal, pero no da cuenta del tiempo de procesamiento ni de los resultados. Casi nada se puede decir del tamaño del vector de características f, en principio lo supondremos limitado a la velocidad con la que puedan ser procesados los datos. La naturaleza de las características se abordara mas adelante. 3.10.4 Numero de canales L El número de canales considerado es L = 2. La cabecera analógica P4 esta siendo mejorada para permitir mas canales, sin embargo su inclusión no se considera un avance decisivo puesto que con un par de amplificadores ya se puede atacar a los dos músculos mas importantes, bíceps y tríceps. Cabe considerar la toma de varios canales atacando a un mismo músculo, lo cual proporciona una señal mas libre de ruido y de interferencia con otros músculos si es sabido aprovechar adecuadamente. Sin embargo, tampoco se ha considerado esta posibilidad. Símbolo Significado x(t) Señal de entrada. Vector de entrada o patrón. Por extensión, X vector de características f Vector de características. yk Clase o función de la prótesis. N Tamaño del patrón o vector de entrada. M Tamaño del vector de características. K Numero de estados. L Numero de canales. F Fuerza del músculo. Cuadro 2: Símbolos empleados a lo largo del texto 64 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Capitulo 2 · Accidentes. · Estadísticas. · Prótesis bioeléctrica. En la vida cotidiana siempre habrá riesgo de sufrir un accidente, y la probabilidad de que en esos accidentes se pueda perder la extremidad superior es algo considerable, mas si es un accidente que suceda en la industria; ya que la mayoría de los trabajos son realizados con las manos. Por lo que en este capitulo se estudiará las causas y las estadísticas en la perdida de una extremidad superior. Así también se propone la solución al problema. 65 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica INTRODUCCIÓN. Se ha estimado que la mayoría de las amputaciones ocurre una entre 300 individuos, y que un 23% de estas son amputaciones de extremidad superior. La primera causa de extremidad superior incluyen trauma, tumor, enfermedades crónicas y ausencia congénita. Un gran numero de amputaciones son candidatos para una prótesis de reemplazo que restaura hasta cierto grado la autonomía y mejora la calidad de vida. En contraste y con los numerosos y complejos manipuladores hechos por ser controlados por computadora, brazos robóticos con muchos grados de libertad, las prótesis humanas de brazo o mano en la actualidad funcionan como lo hicieron muchos años atrás, por una simple pinza de presión. Este proyecto adopta el urgente e inminente proyecto de aplicar la tecnología que esta a nuestro alcance para realizar una replica de la extremidad. La estructura del miembro superior esta conformada por distintos pasos los cuales pueden ser su material del que esta compuesta, esto es pare que la prótesis tenga una buena estructura tanto resistente, sin mucho peso y estética. Para esto se trata de elegir el mejor material posible para lograr el mayor desempeño en la prótesis. También esta conformada por sus grados de libertad lo cual se trata de su movilidad que le permitirá a la prótesis moverse tanto para su estética como para ayuda y funcionalidad del ser humano (discapacitado). Además gracias a esta capacidad de la prótesis se puede lograr una gran combinación de movimientos como son los de un brazo normal si este cumple con las expectativas. Con respecto a su movilidad o funcionamiento podemos decir que tiene que ser lo más fácil para lograr una buena funcionalidad y evitar que sea difícil de articular o/u operar. Lo que es su funcionamiento es tanto su estructura de cómo estas formada tanto los mecanismos que la componen. En el funcionamiento de prótesis: estas pueden hacerlo mediante motores, simples ligamentos que al mover el hombro o cualquier parte del cuerpo donde estén conectados provoquen cierto movimiento de determinada articulación. Las otras son controladas con impulsos eléctricos estos pueden ser por la señal (EMG). Gracias a esta señal EMG se logra la obtención de las señales eléctricas directas del cuerpo y con una buena rehabilitación esta prótesis se logra mover con cualquier parte del cuerpo. Lo que es su conformación de la prótesis es tanto su parte mecánica como su parte eléctrica, la movilidad que estas dos ramas le proporcionan a la prótesis. Debido a esto hay una gran variedad de estas las que son simplemente controladas mecánicamente como las de ganchos y garfios y las que tratan de tener mejor apariencia con el cuerpo humano. En este tema se habla tanto de los mecanismos que están provocando el movimiento de la 66 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica prótesis, estos pueden ser engranes o poleas y bandas y una gran cantidad de mecanismos que provocan este movimiento. 1. ACCIDENTES. El accidente de trabajo, es toda lesión orgánica o perturbación funcional, inmediata o posterior, o la muerte producida repentinamente en el ejercicio o con motivo del trabajo, cualquiera que sea el lugar y el tiempo en que se presente. Quedan incluidos los que se produzcan al trasladarse el trabajador directamente de su domicilio a su trabajo y de éste a su hogar. 1.1 POR QUÉ SE PRODUCEN LOS ACCIDENTES. Los accidentes no son casuales, sino que se causan. Creer que los accidentes son debidos a la fatalidad es un grave error; seria tanto como considerar inútil todo lo que se haga en favor de la seguridad en el trabajo y aceptar el fenómeno del accidente como algo inevitable. Sin embargo, todos sabemos que el accidente de trabajo se puede evitar. 1.2 CAUSAS BÁSICAS Y CAUSAS INMEDIATAS. No deben confundirse las causas básicas con las causas inmediatas. Por ejemplo, la causa inmediata de un accidente puede ser la falta de una prenda de protección, pero la causa básica puede ser que la prenda de protección no se utilice porque resulta incómoda. Supongamos que a un tornero se le ha clavado una viruta en un ojo. Investigado el caso se comprueba que no llevaba puestas las gafas de seguridad. La causa inmediata es la ausencia de protección individual, pero la causa básica está por descubrir y es fundamental investigar por qué no llevaba puestas las gafas. Podría ser por tratar de ganar tiempo, porque no estaba especificado que en aquel trabajo se utilizaran gafas (falta de normas de trabajo), porque las gafas fueran incómodas, etc. Es pues imprescindible tratar de localizar y eliminar las causas básicas de los accidentes, porque si solo se actúa sobre las causas inmediatas, los accidentes volverán a producirse. 1.3 CAUSAS BÁSICAS. Las causas básicas pueden dividirse en factores personales y factores del trabajo. Las más comunes son: Factores principales: 67 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Falta de conocimiento o de capacidad para desarrollar el trabajo que se tiene encomendado. Falta de motivación o motivación inadecuada. Tratar de ahorrar tiempo o esfuerzo y/o evitar incomodidades. Lograr la atención de los demás, expresar hostilidades. Existencia de problemas o defectos físicos o mentales. 1.3.1 Factores de trabajo: Falta de normas de trabajo o normas de trabajo inadecuadas. Diseño o mantenimiento inadecuado de las máquinas y equipos. Hábitos de trabajo incorrectos. Uso y desgaste normal de equipos y herramientas. Uso anormal instalaciones. e incorrecto de equipos, herramientas e 1.4 CAUSAS INMEDIATAS. Las causas inmediatas pueden dividirse en actos inseguros y condiciones inseguras. Veamos algunos ejemplos de los más comunes: 1.4.1 Actos inseguros. Realizar trabajos para los que no se está debidamente autorizado. Trabajar en condiciones inseguras o a velocidades excesivas. No dar aviso de las condiciones de peligro que se observen, o no señalizadas. No utilizar, o anular, los dispositivos de seguridad con que van equipadas las máquinas o instalaciones. 68 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Utilizar herramientas o equipos defectuosos o en mal estado. No usar las prendas de protección individual establecidas o usar prendas inadecuadas. Gastar bromas durante el trabajo. Reparar máquinas o instalaciones de forma provisional. Realizar reparaciones para las que no se está autorizado. Adoptar posturas incorrectas durante el trabajo, sobre todo cuando se manejan cargas a brazo. Usar ropa de trabajo inadecuada (con cinturones o partes colgantes o desgarrones, demasiado holgada, con manchas de grasa, etc.). Usar anillos, pulseras, collares, medallas, etc. cuando se trabaja con máquinas con elementos móviles (riesgo de atrapamiento). Utilizar cables, cadenas, cuerdas, eslingas y aparejos de elevación, en mal estado de conservación. Sobrepasar la capacidad de carga de los aparatos elevadores o de los vehículos industriales. Colocarse debajo de cargas suspendidas. Introducirse en fosos, cubas o espacios cerrados, sin tomar las debidas precauciones. Transportar personas en los carros o carretillas industriales. 1.4.2 Condiciones inseguras. Falta de protecciones y resguardos en las máquinas e instalaciones. Protecciones y resguardos inadecuados. Falta de sistema de aviso, de alarma, o de llamada de atención. Falta de orden y limpieza en los lugares de trabajo. Escasez de espacio para trabajar y almacenar materiales. Almacenamiento incorrecto de materiales, apilamientos desordenados, bultos depositados en los pasillos, amontonamientos que obstruyen las salidas de emergencia, etc. Niveles de ruido excesivos. 69 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Iluminación inadecuada (falta de luz, lámparas que deslumbran). Falta de señalización de puntos o zonas de peligro. Existencia de materiales combustibles o inflamables, cerca de focos de calor. Huecos, pozos, zanjas, sin proteger ni señalizar, que presentan riesgo de caída. Pisos en mal estado; irregulares, resbaladizos, desconchados. Falta de barandillas y rodapiés en las plataformas y andamios. 1.4.3 ¿Qué tiene que ocurrir para que se produzca una lesión? Para que se produzca una lesión, forzosamente tiene que ocurrir un accidente. Accidente es cualquier acontecimiento imprevisto que interrumpe o interfiere el proceso ordenado de una actividad. La rotura de una cuerda o cable que sujeta una carga, la caída de un andamio, el vuelco de un tractor, etc. son accidentes, aún cuando no haya habido personas lesionadas. Las lesiones y los accidentes son el resultado de los actos inseguros y/o los fallos técnicos. 1.5 ACTOS INSEGUROS Y FALLOS TÉCNICOS. Los actos inseguros dependen de las personas y los fallos técnicos dependen de las cosas. Los fallos técnicos no requieren demasiados comentarios; son los fallos de los medios de los que nos servimos para hacer el trabajo (máquinas, herramientas, equipos auxiliares, materiales, instalaciones, etc.). Tales fallos pueden ser debidos a: Incorrecto diseño de las máquinas, equipos, instalaciones, etc. Incorrecto mantenimiento de los mismos. Uso y desgaste normal de máquinas, instalaciones, herramientas. Uso y desgaste anormal de las mismas. 1.6 DEFECTOS PERSONALES. ¿Por qué se actúa de manera insegura, creando a menudo condiciones peligrosas? ¿Por qué se cometen actos inseguros? Las razones por las que se cometen actos inseguros pueden encuadrarse en el grupo de los defectos personales. Tales razones pueden ser: Problemas físicos o mentales para desarrollar el trabajo adecuadamente; fuerza insuficiente, vista u oído deficiente, nerviosismo exagerado, lentitud de reflejos, compresión lenta, etc. 70 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Falta de instrucción para realizar determinados trabajos. Imprudencia, negligencia, espíritu de contradicción, etc. El origen de estos defectos hay que buscarlo, habitualmente, fuera de ambiente de trabajo, y se deben a factores que conforman lo que llamaremos medio social. 1.7 FRECUENCIA. Los accidentes tienen la siguiente distribución con respecto a la morbilidad: 1. Hogar 2.Deportes 3.Vía Pública 4.Trabajo 5.Escuela Un operador de máquinas­herramientas se accidente con más frecuencia y es por fractura; el obrero de tratamientos químicos es por amputación y sección tendinosa; en el electricista y el liniero predomina la amputación; y en la enfermera la sección tendinosa y la fractura. Es necesario incrementar la inducción al puesto de trabajo y la capacitación continua, con el fin de evitar daños a la salud de los trabajadores, y abatir costos socioeconómicos La amputación se refiere a la separación de un miembro o de una parte del mismo respecto del resto del organismo, la cual frecuentemente se lleva a cabo mediante una cirugía, como último recurso para preservar la salud e incluso la vida del paciente. El origen de las amputaciones es diverso e incluye: accidentes laborales, de tránsito o deportivos, así como enfermedades vasculares, cánceres, infecciones, diabetes y malformaciones congénitas, entre otras, mismas que es posible agrupar en tres categorías: Congénitas, Traumáticas y las Secuelas asociadas a una enfermedad. Como una de las medidas para disminuir los efectos de las amputaciones se desarrollaron las prótesis, órtesis y aparatos especiales que son los implementos que requieren algunas personas con discapacidad para desarrollar de una manera más favorable sus actividades cotidianas; estos elementos consisten en auxiliares médicos, ambulatorios y rehabilitatorios, tales como: lentes, andaderas, auxiliares auditivos, muletas, bastones, sillas de ruedas, aparatos ortopédicos, entre otros. 1.8 PREVENCIÓN. ∙ No permita que sus hijos metan los dedos en contactos o jalen clavijas de electricidad. ∙ No permita que sus hijos muevan sobre las estufas recipientes con alimentos o agua en ebullición. 71 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica ∙ Enseñe a sus hijos a regular la temperatura del agua con la que se bañan. ∙ Enseñe a sus hijos a cruzar las calles y avenidas. ∙ A la edad adecuada enseñe a sus hijos a manejar los botones de la estufa. ∙ Enseñe a sus hijos a subir y bajar del transporte colectivo, camión o metro. ∙ Enseñe a sus hijos a conducir en forma responsable. ∙ No conduzca bajo los efectos del alcohol ni cansado. 1.9 CAUSAS CONGÉNITAS. ∙ Por herencia de algún tipo de enfermedad de padres o antepasados. Si bien los antiguos egipcios fueron conocidos por llevar a cabo amputaciones y otros tipos de cirugía, el desarrollo de técnicas quirúrgicas más precisas no comenzó hasta que los médicos griegos utilizaron la cirugía en el diagnóstico y el estudio de la anatomía humana. En el siglo XVI el cirujano francés Ambroise Paré mejoró el método habitual de interrupción de una hemorragia mediante cauterización, utilizando fórceps y puntos de sutura. Sin embargo, no fue hasta 1868, cuando Joseph Lister introdujo el uso de antisépticos en el tratamiento de heridas, que la tasa de mortalidad tras la realización de una amputación mayor descendió de un 45 a un 12%. La imagen muestra el contenido de un maletín de instrumentos de amputación que datan de cerca de 1800. En la actualidad uno de los problemas más complejos que tiene que afrontar un médico general en el servicio de urgencias es la llegada de un paciente con una extremidad o fragmento de extremidad amputado. Por un lado es difícil encontrar un Centro donde puedan realizar el reimplante micro­quirúrgico de la extremidad, por otro muchas veces se remiten pacientes que de todos modos van a ser amputados por las características propias del trauma o del paciente. A continuación se muestran algunas imágenes que provocan el amputamiento de la extremidad superior: Vista palmar de la mano de un niño de 8 años de edad quien se amputo el 5° dedo de la mano. 72 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Vista dorsal de la misma mano y del dedo amputado, nótese la palidez marcada del 5° dedo. Vista palmar una vez se ha terminado el reimplante del dedo, nótese como el dedo ya perdió la palidez. Más adelante con el avance tecnológico y más específicamente en el área de la robótica y la electrónica, se lograron desarrollar prótesis mejoradas en sus sistemas de control y adaptación hasta lograr una prótesis controlada con impulsos musculares, a la cual se le dio el nombre de prótesis Mioeléctrica (mio =músculo, eléctrica =electrónica). 2. ESTADÍSTICAS. 2.1 ¿QUÉ ES UNA AMPUTACIÓN? Una amputación es una condición adquirida cuyo resultado es la pérdida de una extremidad y cuya causa suele ser una lesión, una enfermedad o una operación quirúrgica. Las deficiencias congénitas (presentes al nacer) se producen cuando un bebé nace sin una extremidad o sin una parte de ella. En Estados Unidos, el 70 por ciento de las amputaciones se deben a enfermedades, el 22 por ciento a traumatismos, el 4 por ciento son congénitas y otro 4 por ciento tienen su origen en un tumor. 2.2 ¿CUÁL PUEDE SER LA CAUSA DE UNA AMPUTACIÓN? Las causas de las amputaciones pueden incluir alguna de las siguientes: · Enfermedades ­ como la enfermedad de los vasos sanguíneos (llamada enfermedad vascular periférica o PVD), la diabetes, los coágulos de sangre o la osteomielitis (una infección de los huesos). · Heridas ­ especialmente en los brazos. El setenta y cinco por ciento de las amputaciones de las extremidades superiores están relacionadas con un traumatismo. 73 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica · Cirugía ­ para extirpar tumores de los huesos o los músculos. Estadísticas sobre las Amputaciones · Existen alrededor de 350.000 personas que han sufrido amputaciones en Estados Unidos y cada año se realizan unas 135.000 amputaciones. · El pico de edad para las amputaciones se sitúa entre los 41 y los 70 años, y el 75 por ciento de las amputaciones se realizan en personas mayores de 65 años. · Los índices de amputaciones son más altos en los varones que en las mujeres. · Los afro americanos diabéticos tienen un 2,3 más de posibilidades de sufrir amputaciones que los caucásicos con diabetes. · El ochenta por ciento de los pacientes adultos amputados tienen enfermedades de los vasos sanguíneos; el 75 por ciento de este grupo padece también diabetes. · Las deficiencias congénitas de las extremidades son la causa de aproximadamente el 50 por ciento de las amputaciones en pacientes menores de 15 años de edad que se ven en las clínicas pediátricas para amputados. · Las amputaciones adquiridas en los niños suelen deberse a traumatismos (el 70 por ciento) y a cánceres (el 30 por ciento). 2.3 LAS LESIONES DE MANO POR RIESGOS DE TRABAJO EN EL INSTITUTO MEXICANO DEL SEGURO SOCIAL En las estadísticas obtenidas durante 1996, en la población asegurada expuesta a riesgo, que fue de 9’251,639, ocurrieron 396.022 riesgos de trabajo, con una tasa por cada 100 trabajadores de 4.3; de éstos 322,299 fueron accidentes de trabajo, que dan una tasa de 3.4 y 71.525 accidentes en trayecto, cuya tasa fue de 7.7. Entre las regiones anatómicas que mayormente son afectadas por los accidentes, se encuentra la mano; para 1996, se registraron 101.811 casos, lo que representó el 25.7% de la totalidad de las lesiones, con una tasa de 4.2 x 100 trabajadores. Los trabajadores que sufrieron alguna pérdida anatómica derivada de accidente de trabajo, fueron 3,593, de los que 3,111 (86.5%) correspondieron a manos, lo que representa además de la afectación de la salud del asegurado tanto física, como funcional y psicológica, una mayor erogación en pensiones. Los costos de las lesiones de mano, sin considerar el deterioro de la salud de la población trabajadora, los gastos de administración, de atención médica, quirúrgica; de rehabilitación y de prótesis y ortesis, generaron un total de 2’525.086 días de incapacidad temporal, que con un costo promedio por día de $66.7, generó una erogación en subsidios en el año de 1996 de $168’473,737. Las incapacidades permanentes por lesiones de mano ascendieron a 7,672 casos de las cuales 3,356 fueron rigideces articulares, 2,810 amputaciones de dedos, 866 anquilosis de mano y 74 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica dedos, cicatrices retráctiles que no pueden ser resueltas quirúrgicamente 477, parálisis completa e incompleta por lesiones de nervios periféricos 67, secuelas de fracturas y luxaciones que no pueden ser resueltas quirúrgicamente 50 y la amputación de la mano, lesión que genera incapacidad física y mental con 38 casos. La principal causa externa que genera los accidentes es por instrumentos punzocortantes con 20%, en menor grado es la colisión o golpe por objeto o persona, con el 14%. En cuanto a las ocupaciones donde ocurren el mayor número de accidentes de trabajo, son en los peones no clasificados, que ocupan el 22% con 70,906 casos, los cuales realizan las actividades más peligrosas por una parte y otra su capacitación en la mayoría de los casos es deficiente, lo que los hace más vulnerables a los accidentes. Las lesiones de mano ocupan el primer lugar de los accidentes de trabajo a nivel nacional. De los 9’800,000 días de incapacidad por riesgos de trabajo, el 25.7% son por causa de las lesiones de mano, las cuales ocurren principalmente en los trabajadores no calificados. De los 13,600 casos de incapacidad permanente, el 46.2% son derivados de los accidentes en mano. 2.4 LESIONES DE MANO Y PUESTOS DE TRABAJO. Se revisaron 100 expedientes clínicos de trabajadores que presentaban discapacidad permanente en manos, y que fueron enviados a la Coordinación de Análisis y Evaluación de Salud en el Trabajo en Tamaulipas, en el período comprendido del 1o. de enero de 1993 al 31 de mayo de 1997. Se incluyó la totalidad de lesiones agudas: Accidentes de trabajo (AT), y Accidentes de Trayecto (TY). Para el análisis de los puestos de trabajo, sólo se consideraron los AT; se excluyó a las lesiones crónicas o enfermedades de trabajo (ET). De la población estudiada, el 93% correspondió a AT, y sólo el 7% a TY; el 70% de los TY fue a trabajadores de la Seguridad Social; los hombres representaron el 89% del grupo, y las mujeres el 11%. El grupo etario más afectado con 33% fue de 31 a 40 años. En ésta muestra no hubo predominancia para mano derecha o izquierda. El puesto de trabajo más afectado con 18% fue el operador de máquinas­herramientas, predominando la fractura; le siguió el obrero de los tratamientos químicos con el 7% presentando amputación y sección tendinosa; después el electricistas y el liniero, cada uno con 6% mostraron comportamiento similar con franco predominio de la amputación; y la enfermera con el 5% con secciones tendinosas y fracturas. La lesión más grave, con mayor tiempo de incapacidad temporal para el trabajo, fue la amputación, con un promedio de 149 días por caso; la siguió la sección tendinosa con promedio de 140 días por caso, y la fractura con 115 días por caso. El total de días de trabajo perdidos en ésta muestra, fue de 33 años. El operador de máquinas­herramientas se accidente con más frecuencia y es por fractura; el obrero de tratamientos químicos es por amputación y sección tendinosa; en el electricista y el liniero predomina la amputación; y en la enfermera la sección tendinosa y la fractura. 2.5 SECUELAS EN MANO POR ACCIDENTE DE TRABAJO, EN LA DELEGACIÓN No. 1 DEL INSTITUTO MEXICANO DEL SEGURO SOCIAL. 1995 Durante 1995, ocurrieron en la Delegación No. 1, 635,702 Accidentes de Trabajo y de estos 478 presentaron secuelas de los que 139 se presentaron en mano, es importante resaltar que a 86 trabajadores, se les aplicó una sola fracción de la Ley Federal del Trabajo; a 30 trabajadores, 2 75 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica fracciones, a 16,3 fracciones; a 7, 4 fracciones. En el 32% de los trabajadores, se les aplicó más de 1 fracción de la Ley Federal del Trabajo, por presentar secuelas múltiples a nivel de mano derivadas de Accidentes de Trabajo. La distribución de acuerdo al sexo fue de 114 (82%) para el femenino y 25 (18%) para el masculino. De acuerdo a los grupos de edad, la de 18 a 24 años, presentó el 33.8% con 47 trabajadores. El lado anatómico más afectado fue el derecho en 75 trabajadores (54%), el accidente de trabajo fue el más frecuente, con 132 casos (95%). Sin capacitación para el trabajo se identificó al 79% de los trabajadores. La Unidad de Atención Médica que presentó el mayor número de casos fue la Unidad de Medicina Familiar No. 20. Es importante considerar que la mano es la región del cuerpo que se lesiona con mayor frecuencia y que un alto porcentaje de estas lesiones dejarán secuelas de manera permanente. 2.6 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN INSTRUMENTOS Y PROCEDIMIENTOS DE TRABAJO Y LA INCIDENCIA DE HERIDAS EN MANO EN CARNICEROS DE SUPERMERCADOS De los instrumentos de trabajo verificados se detectó que uno de cinco molinos de carne es inseguro. El procedimiento de trabajo para la ejecución de corte de pata o hueso en máquina sierra cinta, se observó que el 40% del personal lo realiza en forma insegura. El 45.83% del personal encuestado ha referido haber presentado herida en mano, la causa principal que contribuyó en la generación de herida en mano manifestada por los carniceros fue el exceso de confianza en un 72.27%, el 81.81% del personal con herida en mano mencionó haber recibido capacitación y adiestramiento para su trabajo, el 72.72% de las personas con heridas en mano mencionó conocer las medidas de seguridad para la ejecución de su trabajo. El 100% de los supermercados estudiados no mostraron documentación que comprobara el establecimiento de una política para la prevención de accidentes de trabajo, en relación al establecimiento de las medidas de seguridad sólo en uno de los supermercados lo tienen por escrito en el lugar de trabajo, ninguno de los supermercados tienen establecidos el perfil de puesto para carnicero. 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En base a lo que se a escrito en el desarrollo de este capitulo se a observado y dado a conocer que por múltiples razones hay una gran cantidad de individuos que carecen de extremidad superior. El 75% de los individuos que carecen de de extremidad superior y que necesitan una prótesis, carecen de seguro medico, por lo que el costo de una prótesis para estas personas no esta subsidiado, esto eleva el costo de la prótesis hasta alcanzar los $120,000.00 pesos. Sin contar que las prótesis mas avanzadas descritas en los antecedentes protésicos tienen una funcionalidad hasta del 30% por lo que mas del 50% de las personas que usan prótesis las deja de usar por considerarlas ineficientes. En el capitulo 1 de este escrito se ha hablado de la biomecánica del brazo por lo que se cuenta ya con un panorama general de los movimientos básicos del mismo, además de que se forma una idea general tomándolo de un punto de vista mecánico que la mayoría de los movimientos son del tipo mecánico, es decir, que los tejidos, nervios y huesos cumplen con funciones de palancas, 76 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica manivelas, etc., por lo que se piensa que puede ser fácil sustituir estos elementos por componentes puramente mecánicos. También se platico como la ciencia a desarrollado algunas prótesis que bien han logrado devolver a los usuarios si no todos, algunos de los movimientos del miembro perdido. Pero este tipo de prótesis son muy costosas para la mayoría de la gente. También se a mencionado de un tipo de control que si bien no es nuevo. El control ya tiene tiempo de haber sido realizado, y aunque todavía se están buscando nuevos métodos para poder obtener las señales de los nervios y aplicarlas a nuevas prótesis, esto se ve aun muy distante, y en todo caso será aun mas caro. Por lo nuestro reto como ingenieros en Robótica industrial es emplear nuestros conocimientos a este problema; y realizar una prótesis con un costo bajo, que sea funcional y cumpla con las principales necesidades de el usuario. 4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN. 4.1 ESTRUCTURA Y ARTICULACIONES Existen diferentes tipos de articulaciones. La articulación de rotación suministra un grado de libertad consiste en una rotación alrededor del eje de la articulación. Esta articulación, es, con diferencia, la más empleada. En la articulación prismática el grado de libertad consiste en una traslación a lo largo del eje de translación. En la articulación cilíndrica existen dos tipos de grados de libertad: una rotación y una translación. Por ultimo la translación esférica combina tres giros en tres direcciones perpendiculares en el espacio. 77 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica El grado de libertad son el número de grados independientes que fijan la situación del órgano terminal. El número de grados de libertad suele coincidir con el número de eslabones de la cadena cinemática. En la figura a) se muestra una estructura con dos eslabones, dos articulaciones prismáticas y dos grados de libertad. Sin embargo pueden existir casos generados tal como el que se muestra en la figura b) en la cual se aprecia que, aunque existen dos eslabones y dos articulaciones prismáticas, tan solo se tiene un grado de libertad. Por consiguiente, en general, el número de grados de libertad es menor o igual al número de eslabones de la cadena cinemática. La estructura típica de un brazo consiste en un brazo compuesto por elemento s de articulaciones entre ellos. En el último enlace se utiliza un órgano terminal o efector final tal como una pinza o un dispositivo especial para realizar operaciones. 4.2 MATERIALES Al realizar esta prótesis, lo que se busca es tener el material adecuado, tratar de que este sea lo más ligero posible, que cumpla con las características que no provoqué alguna reacción con el cuerpo humano además de una buena resistencia. Lo que se busca en la obtención de estos materiales o esta material es el costo tener un material lo más económico posible para lograr un mejor costo de venta. Entre los materiales mas ligeros y económicos que encontramos para la prótesis son los siguientes: Aluminio: el aluminio es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza, pero no en estado nativo. Su mineral mas abundante es la bausita ( AL2O2 ,2 H 2O ), cuyos yacimientos más productivos se encuentran en Guayana con casi la mitad de la cantidad total extraída en el mundo entero. Existe también en los silicatos, sulfatos, óxidos y fluoruros de aluminio y de sodio. El metal se obtiene industrialmente por el método hall. La cuba es de hierro revestido de carbón. Acercando los ánodos de carbón a las paredes interiores de la cuba, que actúan de ce cátodo, se funde primeramente la criolita, a causa de la elevada temperatura producida por los arcos que saltan entre las barras de carbón y el cátodo, se elevan después los ánodos, se añade alúmina purificada y, entonces, comienza la electrolisis. Los iones de aluminio emigran al cátodo y ganan electrones formando aluminio metálico que es liquido a la temperatura del baño (900 – 1000ºc), aunque a temperaturas ordinarias, la criolita es mas densa que el metal, a temperatura elevada lo es más éste, en estado líquido que aquella fundida. Esto hace que el aluminio se recoja en el fondo de la cuba, de donde sale de una piquera. La criolita desempeña el papel de medio ionizante, de modo semejante al realizado por el agua en las disoluciones de electrólitos. 78 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Como es difícil purificar el aluminio, debe purificarse el óxido antes de la electrólisis. Para ello se calienta la bauxita con una disolución concentrada de hidróxido sódico y el óxido de aluminio se disuelve, mientras el óxido férrico que lo impurifica permanece insoluble. Propiedades. El aluminio es de color blanco azulado, fácil de pulir, el más ligero de todos los metales corriente (densidad es de 2.7), dúctil y maleable. Se puede reducir a hojas muy finas, como el oro y la plata, y estirar hasta formar alambres finos. Después de la plata y el cobre es el mejor conductor de electricidad y del calor posee una gran capacidad calorífica y se funde a los 650ºc. A pesar del ataque lento que sufre por parte de los ácidos orgánicos, se puede emplear para fabricar utensilios de cocina ya que sus sale carecen de toxicidad. Forma numerosas aleaciones: bronce de aluminio, con el cobre, metal electrón, con el magnesio, y el DURALUMINIO, con magnesio, cobre y manganeso. El duraluminio es material que se utilizara en la fabricación de la prótesis el cual es una aleación de magnesio, cobre y manganeso MAGNESIO: el magnesio tiene un brillo análogo al de la plata, es ligero d = 1.75 se funde a los 630 ºC, se destila a una temperatura un poco superior a los 1000 ºC y se puede reducir a hojas. Como es muy poco tenaz, para estirarlo en forma de alambre hay que comprimirlo energéticamente en un molde de acero calentado a la temperatura de fusión del metal; este molde lleva un agujero por el que sale la masa fundida, que se solidifica inmediatamente. Arde como llama muy viva, rica en radiaciones foto genética, por lo que se empleaba para tomar fotografías, arde también en el vapor de agua, oxido carbono. Se utiliza como reductor genético así como para aleaciones ligeras. MANGANESO: es un metal gris, duro, quebradizo, de densidad de 7.1 que se oxida por el calor o en atmósfera húmeda y descompone el agua. Los ácidos lo atacan fácilmente. Se emplea en metalurgia como ferro manganeso, en aleaciones ligeras. COBRE: el cobre es de color rojo, dúctil maleable y tenaz, es, después de la plata, que conduce mejor el calor y la electricidad, tiene un densidad de 9.8 funde a los 1100 ºC y es inalterable en una atmósfera de aire seco, pero, en aire húmedo que contenga anhídrido básico de cobre, denominada pátina. Por tal motivo se escogío el duraluminio como el mejor metal para la prótesis debido a sus características ya que es ligero su densidad es de 2.6 es resistente a la corrosión además tiene buena dureza no es un material tan frágil y es fácil de maquinar. Es una de las mejores aleaciones que se pueden encontrar para la fabricación de prótesis debido a que es ligera y lo que se busca en el diseño de la prótesis es ligereza resistencia y estética. 79 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 4.3 MOVILIDAD La movilidad de la prótesis esta dada por los movimientos o grados de libertad que se le desee dar en este caso para la prótesis del miembro superior derecho se le colocaron 2 grados de libertad o dos movimientos. Se piensa que esos movimientos serán suficientes para poder realizar algunas de las tareas básicas del usuario. Por ejemplo el poder tomar una vaso de plástico sin romperlo y beber de él. El peso máximo levantar en la mano es de 1kg. La prótesis que esta en discusión cubrirá la parte del codo hasta la mano. Este movimiento ayuda a tener una gran movilidad ya sea en la sujeción de algún objeto que se encuentre enfrente de esta o en la parte trasera de esta. Con este movimiento se trata de recrear la forma básica de un brazo humano así como darle mayor estética y tratar de que se vea lo mas real a un brazo humano. Un movimiento que se realizo es el movimiento del codo (flexión y extensión) el cual proporciona la sujeción de un objeto en una mesa, la sujeción del volante de un automóvil. En este punto y por medio del mismo mecanismo será unido el antebrazo con el brazo, de tal forma que le permita el movimiento entre los dos. El mecanismo es algo como una horquilla y un perno. Con este movimiento se trata de lograr la similitud a un brazo humano ya que se obtiene una mayor movilidad. Ver Fig. 1.2 Fig. 1.2 80 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica El segundo movimiento es la pronación y supinación de la muñeca. Para realizar este movimiento se pensó que es necesario que el mecanismo se encuentre ubicado en la parte perteneciente al antebrazo. El giro será proporcionado por un motor y un engrane. Con este grado de libertad provocas una mayor confiabilidad hacía la persona discapacitada. Lo que se pretende con esto es tratar de que la persona no piense que perdió el brazo, tratar de ayudarla a tener casi todos los movimientos que una persona sin discapacidad. Fig. 1.3 movimiento de la muñeca Dada la complejidad de la mano y observando cuidadosamente se llego a la conclusión de que la mano actúa como una especie de pinza. El dedo pulgar se opone a los 4 dedos restantes, por lo que se opto por realizar un mecanismo en el cual el dedo pulgar quede estático y los 4 dedos restantes sean los que permitan el movimiento realizando la operación de abrir y cerrar. Fig. 1.4 a, b, c. Fig. 1.4 a, b, c. 81 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Este movimiento tiene un sensor táctil el cual sabe o reconoce con que presión debe sujetar una pieza u objeto del material del quesea, para no provocar que los destruya o los aplaste. Mediante la sincronización de los cuatro movimientos se tiene la prótesis del miembro superior, se obtiene una mayor movilidad con respecto a las prótesis que se encuentran en el mercado que son simplemente estéticas y que su movilidad es casi nula. Con esto tratamos de demostrar que una persona discapacitada no podrá por que no realizar casi todas la que solía hacer. 4.4 FUNCIONAMIENTO El funcionamiento de la prótesis es mecánica, eléctrica y médica; mecánica por el movimiento provocada por engranes helicoidales y motores paso a paso, servos. En el funcionamiento mecánico también interviene la estructura de cómo esta formada la prótesis, ya que está, esta formada por uniones mediante pernos y rodamientos colocados en cada una de las articulaciones para lograr el movimiento de estas. En el sentido electrónico se trabajar por electrodos (Fig. 1.5 a,b.), ya que el cuerpo humano nos proporciona un impulso de ­70 milivolts al obtener este voltaje pasa por unos electrodos que reciben la carga y pasa por una fuente para aumentar el voltaje para poder mover a los motores. En el sentido medico es por la obtención de las señales eléctricas al trabajar con el sistema nervioso desde como funciona el cerebro hasta la enervación que se provoca en la columna vertebral tanto como los nervios se reparten en todo el cuerpo, hasta llegar al brazo. También el movimiento del músculo que provoca esta señal en el hombro. Fig. 1.6 a. 82 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica b. Fig. 1.5 electrodos de superficie. Fig. 1.6 Estimulación del músculo. Por eso el nombre de mioeléctrica, tanto el funcionamiento de la prótesis es mecánica y eléctrica como también interviene la persona discapacitada al tomar las terapias para poder moverla con cualquier parte del cuerpo; este motivo es porque debido a que después de amputado el brazo sí pasa mucho tiempo pierde sensibilidad o se atrofian los nervios de el brazo por esto se puede mover con cualquier parte del cuerpo. Acoplando estas tres ciencias se tiene un mayor desempeño de la prótesis logrando así una mayor movilidad y así lograr el parecido con un brazo humano. 83 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica En este tema se logra comprender las características de movilidad que tiene la prótesis y se logra comprender que no es un simple brazo estético como los que se encuentran en la actualidad. Además se trata de minimizar el costo de esta prótesis para que sean más accesibles que las prótesis estéticas. Para la parte médica se tuvo que verificar como funcionaba la señal electromiografica así como el funcionamiento muscular del cuerpo humano. La señal mioeléctrica se adquiere de los músculos con electrodos de superficie y guarda relación directa con su nivel de contracción. A partir de las señales mioeléctricas es posible extraer señales de control que gobiernen otros dispositivos tales como una prótesis mioeléctrica o el puntero de un ratón en la pantalla de un ordenador. El problema de extraer las señales de control de manera certera es un problema de reconocimiento de patrones y como tal a sido planteado. Se puede separar en dos bloques la toma de decisiones: primero ha de extraerse un conjunto de características reducido pero significativo de la señal y después un clasificador a de de deducir a partir de estos datos. Frente a una solución más complicada que incluyera la transformada wavelet como origen de las características y una red neuronal como bloque clasificador, se ha optado por utilizar características y una red neuronal como bloques clasificador, se ha optado por utilizar características sencillas y un decisor gaussiano, que, en todo caso, han rendido un porcentaje de aciertos satisfactorios. En la relación práctica del clasificador se ha aprovechado el trabajo previo realizado en el grupo de bioingeniería; se ha utilizado el hardware aquí desarrollado y se han integrado los componentes software que habían sido desarrollados de manera independiente. A partir de todo ello se han extendido los programas y se han desarrollado programas nuevas. Dos nuevas librerías de enlace dinámico son el soporte para las aplicaciones presentes y futuras; una gestión de manera transparente la adquisición de la señal EMG y proporciona un primer procesado vía software de la señal y la otra contiene los algoritmos del clasificador de patrones. Sobre ellas se apoya el resto. Una aplicación muestra en pantalla la señal EMG, otra muestra un brazo que responde a la señal mioeléctrica y otra permite mover un puntero por la pantalla guiado por la señal mioeléctrica. Una prótesis es el sustituto mecánico de un miembro amputado. Este proyecto toma como referencia las prótesis mioeléctricas que suplen el miembro superior de un amputado a la altura del hombro. En todo caso, un amputado con una prótesis es capaz de realizar muchas más tareas que un amputado sin ella. Las prótesis actuales son complicados dispositivos mecánicos de alta tecnología, que permiten gran cantidad de movimiento y que restauran sensaciones como el frío, el calor o la presión mediante unos sensores en el brazo que trasladan tales sensaciones al humano y ciertamente mejoran la calidad de vida reduce el dolor del miembro fantasma. 84 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Las ventajas de estas prótesis, sistemas totalmente mecánicos, es su sencillez, su robustez y su capacidad propioceptiva, es decir, al realizar unas tareas el usuario es conciente de la fuerza que esta desarrollando, lo cual no sucede con las prótesis mioeléctricas a veces sin embargo es algo incomodó el arnés. Con respecto a su velocidad de movimiento, no se le puede llamar lenta si no que es precisa o un movimiento normal sin movimientos bruscos, ya que con un movimiento exagerado se podría provocar un mal golpe y así arruinar la prótesis. 4.5 ESTÉTICA. Además de que la prótesis necesariamente tenga que cumplir con sus movimientos mecánicos, es necesario que sea estetica, es decir, que aparentar ser la mano natural. Por se motivo se han desarrollado infinidad de materiales que sean una replica de la piel. Actualmente se ha desarrollado una cubierta de silicon que ademas de ser muy liger es mas resistente que sus predecesora. Antes las cubiertas eran dañadas muy rapidamente cuando se utilizaban en prótesis eléctricas, en el momento que ejercian la mayor fuerza de agarre las cubiertas se rompian.Fig. 1.7 Fig. 1.7 Actualmente los guantes o cubiertas cuentan con colores de piel muy similares a los naturales. 85 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fig. 4.6 CHALECO. 1.8 Hasta ahora se ha hablado solamente de la prótesis pero como haremos que el usuario la use. Bueno para lograr sujetar de alguna manera la prótesis al cuerpo del usuario necesitamos que de alguna manera el usuario pueda quitarse o ponerse la prótesis. ¿para que quitarse la prótesis? Bueno se ha pensado que cuando el usuario tenga que dormir, sera un poco incomodo el tener que hacerlo con la prótesis unida al cuerpo; por lo que se ha optado por brindarle la oportunidad de poder desprenderse de ella en el momento que el usuario lo desee. Para lograr esto se ha pensado que la prótesis tiene que estar unida de alguna manera a una especie de chaleco, para que de esa forma pueda colocársela. Al mismo tiempo que el usuario use el chaleco para colocarse o desprenderse de la prótesis, la prótesis puede absorber una buena parte del peso de la misma. Fig. 1.9 a,b 86 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fig. 1.9 a 4.7 ALIMENTACIÓN. Fig. 1.9 b Una de las cosas muy importantes es la alimentación de la protesis. A lo largo del día la prótesis puede ser utilizada para realizar varias actividades por lo que el consumo de energía puede ser muy alto. En un día pueden utilizarse mas de una batería por lo que seria muy útil que las baterías sean del tipo recargables. En el mercado existe una gran cantidad de baterías recargables por lo que dependiendo del consumo de los motores se hará la selección de las baterías. Una cosa tiene que tomarse en cuanta: Para los usuarios es necesarios que tengan en cuenta que las baterías estándar de cadmio níquel tienen algunas limitaciones. Estas baterías necesitan ser totalmente descargadas antes de ser recargadas de lo contrario provocaran problemas en los componentes electrónicos. Además de que mas de una batería necesita ser utilizada al día. 87 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Las baterías de litio pueden ser recargadas en cualquier momento sin i8mportar si están totalmente descargadas. Además de que estas baterías se recargan mas rápido (4 horas) y considerablemente duran mas. Hosm er 7.2v L i­ion P ow er P ac k Otto Bock Ener gy Packs P ow er P lus by RSL Steeper 88 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Capitulo 3 · Cálculos Mecánicos. · Cálculos Electrónicos. Mecánicamente se puede simular los movimientos del miembro superior, y eléctricamente se puede gobernar a los elementos mecánicos, pero como se debe tomar especial atención al peso de los materiales y estética de los mecanismos; en este capitulo se desarrollaran los cálculos de estos sistemas. 89 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica INTRODUCCION. Clasificación de las fuerzas. Las fuerzas es uno de los más importantes conceptos básicos en el estudio de la mecánica de materiales. La fuerza es la acción de un cuerpo sobre otro; Las fuerzas siempre existen en pares de igual magnitud y dirección opuesta, las fuerzas pueden resultar de un contacto físico directo entre dos cuerpos, o provienen de dos cuerpos que no están en contacto directo. Por ejemplo, Considérese una persona parada en una banqueta. La persona ejerce una fuerza sobre la banqueta a través de un contacto físico directo entre las suelas de sus zapatos y la banqueta, ésta, a su vez, ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre las suelas de los zapatos de la persona. Si la persona tuviera que brincar la fuerza de contacto desaparecería pero habría todavía una atracción gravitacional entre la persona y la tierra. La fuerza de atracción gravitacional ejercida sobre la persona hacia la tierra se llama el peso de la persona; Una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta es ejercida sobre la tierra por la persona, otro tipo de fuerza que existe sin un contacto físico directo es una fuerza electromagnética. Las fuerzas de contacto se llaman fuerza de superficie, ya que existen en la superficie de contacto entre dos cuerpos. Si el área de contacto es pequeña, comparada con el tamaño del cuerpo, la fuerza se llama una fuerza concentrada; Se supone que este tipo de fuerza actúa en un punto. Otros tipos de fuerzas son las externas, las interna, la aplicada y la reacción, como ejemplo, considere la viga apoyada y sometida a cargas. Todas las fuerzas que actúan sobre el diagrama de cuerpo libre son fuerzas externas; Es decir representan la interacción entre la viga y el mundo externo. La fuerza F es una fuerza concentrada, mientras que W es una carga uniformemente distribuida con dimensiones de fuerza/longitud. Las fuerzas F y W se llaman fuerzas o cargas aplicadas. Son las fuerzas para las cuales la viga esta diseñada para soportar. Las fuerzas Ax, Ay y B son necesarias para evitar el movimiento de la viga. Estas fuerzas de apoyo se llaman reacciones. La distribución de las fuerza en los apoyos son complicados, por lo que las reacciones se modelan generalmente como fuerzas concentradas. 90 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1.CÁLCULOS MECÁNICOS. La fuerza necesaria para que pueda levantar 1Kg. El coeficiente de fricción es de 0.5 considerando que en la mano hay un guante de látex y el objeto es acero con agua. w = mg = 9.81N + - å Fy = -9.81N + Ff1 + Ff 2 = 0L (1) Ff=Nμs 1Kg N2 N1 + ¾ ¾® å Fx = N 2 - N1 = 0L(2) N = N 2 + N1 L (3) De (1)… - 9.81N + N 2 (0.5) + N1 (0.5 ) = 0 - 9.81N + 0.5( N 2 + N1 ) = 0 - 9.81N + 0.5 N = 0 N= FF1 9.81N = 19.62 N 0. 5 De (2)… FF2 N 2 = N1 De (3)… N = N1 + N 2 Þ N1 (1 + 1) = 2 N1 N = 2 N1 N 19.62 N N1 = = = 9.81N 2 2 \ N 2 = N1 = 9.81N Para saber si los dedos soportan esta fuerza se tomaron como si fuesen rectangulares y la fuerza estuviera concentrada a 5.5cm del punto donde gira. s alu min io = 24000 psi = 160MPa 1/32" M = 9.81N (0.055m) M = 0.53955 N × m M = 4.77lb × in 5.5cm 1/4" 9.81N 91 b´h 3 12 " ( 4) ´ 1 = 32 12 12 4 -4 I = 5.289 ´ 10 in I= 3 " Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - 4.77lb × in (0.125in ) I 5.289 ´ 10 - 4 in 4 = -1127.18 psi = 7.77 MPa sF = sF - My = Trabaja al 4.6% I= b ´ h3 12 12 = 32 " ( 4 ) = 5.289 ´ 10 ´ 1 3 " 12 -4 in 4 = 2.201 ´ 10 -10 m 4 P yB E = 71GPa = 10.3Mpsi ӨB fB = 2 9.81N (0.055m) Pl 2 = 2 EI 2(71GPa )(2.201 ´ 10 -10 m 4 ) f B = 9.492 ´ 10 - 4 rad M=Pl gB = 3 Pl 3 9.81N (0.055m) = 3EI 3(71GPa )(2.201 ´ 10 -10 m4 ) g B = 3.48 ´ 10 -5 m g B = 0.0348mm P XB M =­MA+RAX M = ­Pl+RAX Pl Cálculo del resorte que se encarga de abrir los dedos. Deflexión de 0.25rev (90°), considerando alambre de piano SAE 1085 A228. Suponiendo d=0.038in con de Dmin=0.3125”, con C=11, Nb=5 propuesto L1=L2=2in, E=30x106psi. Para obtener el diámetro medio de la espira: D = Cd = 11(0.038in ) = 0.418in L + L2 2in + 2in Ne = 1 = = 1.015 3pD 3p (0.418in ) Na = Nb + Ne = 6.015 M= frevd 4 E 0.25rev(0.038in ) (30 ´ 10 6 psi ) = = 0.5759lbf × in 10.8 DNa 10.8(0.414in )(6.015) 4 92 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Factor de concentración de esfuerzos wahl en la espira: Kbi = 4C 2 - C - 1 4(11) - 11 - 1 = = 1.07 4C (C - 1) 4(11)(11 - 1) Kb0 = 4C 2 + C - 1 4(11) + 11 - 1 = = 0.9356 4C (C + 1) 4(11)(11 + 1) 2 2 Esfuerzo máximo por compresión: s i max = Kbi 32 M max pd 3 æ 32(0.5759lbf × in ) ö ÷ = 114387 psi = 1.07çç 3 ÷ è p (0.038in ) ø Resistencia a la tensión del alambre de piano A228 Su t = Ad b = 184649 psi (0 . 038 in )- 0 .1625 = 314146 . 4 psi Resistencia al cortante: Su s = 0.67 Su t = 210478.1 psi s 0 max = æ 32(0.5759lbf × in ) ö Kb0 32 M max ÷ = 100019 psi = 0.9356çç 3 3 ÷ pd ( ) in p 0 . 038 ø è Para calcular del diámetro del perno en los dedos se estudian los dedos y se observa que ejercen ciertas fuerzas al perno Ax, Ay. 9.81N Sumatoria de fuerzas 0.055m + ¾ ¾® å FX å F X = 26.24 cos 45° - AX + 9.81N = 0 Ay 45° AX = -26.24 cos 45° - 9.81N = -28.36 N AX = 28.36 N + - å FY = 0 AX å FY = AY - 26.24sen45° = 0 26.24N AY = 26.24 sen 45° = 18.55 N 0.035m 93 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Las fuerzas Ax, Ay son ejercidas sobre el perno pero en sentido contrario; Lo que causará deformación al perno será la Fr de las 2 fuerzas. Ay AX AX 2 + AY 2 = 28.36 N 2 + 18.55 N 2 = 33.88 N \ Fr = f = sen -1 Ax AY 18.55 N = sen -1 = 33.19° 33.88 N Fr Para calcular el diámetro se imagina la figura, considerando un perno de acero con σ = 250MPa, τ Fr = 125MPa al A 50% = 62.5MPa. y Perno P d = L (1 ) 2A A= pd 2 4 Placas Dedos L(2) De (1) P A= 2d P 4P 4(33.88 N ) d 2 = 2d = d = = = 5.874 ´ 10 - 4 m p 2dp 2(62.5 MPa )(p ) 4 d = 0.587mm Se propone un diámetro de 1 " = 6.350mm . 4 Por deformación: R A I = = R pr 4 B F = = 2 r = 16 . 94 N p (0 . 125 in 4 I = 7 . 98 ´ 10 )4 4 m - 11 = 1 . 917 ´ 10 - 4 in 4 4 E = 200 GPa Flex Flex Flex MAX = MAX MAX Fl 48 EI 33 . 8 N (0 . 05 m ) 48 (2000 GPa )(7 . 98 ´ 10 3 3 = = 5 . 55 ´ 10 -6 m = 5 . 55 ´ 10 -3 mm 94 - 11 m 4 ) Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Calculo del motor. 9.81N F X = Fsen 45° FY = F cos 45° 0.055m + å M A = F cos 45°(1.4in ) - 0.5759lb × in - 9.81N (0.055m) = 0 F cos 45°(1.4in ) - 0.5759lb × in - 2.2lb(2.16) = 0 0.5759lb × in + 2.2lb (2.16in ) = 5.381lbf F = cos 45°(1.4in ) A 45° F 0.035m Consideramos un 9% más de fuerza por lo que ofrezca más el motor, por lo tanto en los demás cálculos se utilizará 26.24N. 95 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1HP = 550 ft × lb = 33000 s 0.055m 1HP = 745.7W ft × lb min = 6600in × lb seg 45º F 0.035m Para esta primera condición. F = 5.899lb × f = 26.24 N Cuando los dedos se cierran al máximo F=? + å M A = 9.81N[0.055msen 20°] + 1.088lb × in - F cos10°[0.035m cos 30°] - Fsen10°[0.035msen30°] = 0 å M A = 0.1845N × m + 0.1229 N × m - F [(0.035m cos10° cos 30°) - (0.035msen10°sen30°)] 0.3074 N × m [0.055m(cos10° cos 30° - sen10°sen30°)] F = 11.46 N = 2.57lbf F = 9.81 N En base a este razonamiento. 70º 45º Primer caso. F1=26.24N 1.88lbx in F1y 10º F2 = F1Y = F1 sen45° F2 = 18.55 N F1x F FY 10º F FY F2 96 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Segundo caso. F1=11.46N F1y F1x F2 = F1Y = F1 sen10° F2 = 1.99 N F2 Como F2 actúa en la parte del cable que va unido a la tuerca del tornillo de potencia será la fuerza usada para el cálculo. F2 = P (18.55 N = 4.17lbf ) Se escogió un tornillo ACME 0.250­16 de inicio, Paso de rosca 0.063in. Diámetro de paso 0.219in. Diámetro menor 0.188in. Área de esfuerzos a tensión 0.032in2. \ Avance L = Paso P que es 1 1 N = 16 = 0.0625in servomotor buje tuerca Tu = Tsu + Tc = Pdp (4pdp + L cos a ) dc + mcP 2 (pdp cos a - mL) 2 Mt = 0.15 lubricada con aceite tuerca y tornillo. 97 sinfin Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Mc = 0.02 buje f INTERNO = 1 " 8 æ 1 "ö 4.17lb (0.219in ) [(0.15p )(0.219in ) + (0.0625in cos14.5° )] ÷ ç + 0.02(4.17lb )ç 8 ÷ Tu = [p (0.219in ) cos14.5° - 0.15(0.0625in )] 2 ç 2 ÷ ø è Tu = 0.119lbf × in El par necesario para cerrar la mano es 0.119lbf × in Td = Tsd + Tc = Pdp (Mpdp - L cos a ) Pdp + Mc 2 pdp cos a + mL 2 æ 1 8" ö 4.17lb (0.219in ) (0.15p )(0.219in ) - (0.0625in ) cos14.5° ÷÷ Td = + 0.02(4.17lb )çç p (0.219in ) cos14.5° + 0.15(0.0625in ) 2 2 ø è Td = 0.0341lbf × in Eficiencia tornillo y buje. W in=2πT W out=PL e= Wout PL 4.17lb(0.0625in ) = = = 0.3485 2p (0.119lb × in ) Win 2pT W PL 4.17lbf (0.0625in ) lb × in = = = 0.26 1sec sec t 1sec -5 2.95 ´ 10 HP Potencia = Suponiendo que el tornillo es de acero. Por Resistencia: σ = 250MPa τ = 125MPa 4.17lb Ft s= = = 150 psi = 1MPa Е = 2000GPa At p (0.188in )2 La tuerca tiene 4 un espesor de 4.17lb P 4.17lb 0.250in = Өext t= = = = 28 psi = 194kPa pdl p (0.188in )(0.250in ) A tornillo. Por Deformación: d = 4.17lb(3in ) PL = AE p (0.188in )2 4 (200GPa ) 98 = 3.946 ´ 10 -7 m = 1.55 ´ 10 -5 in Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 13/32" Perno. v = pr 2 h 1/4" v = p (0.625in ) (0.08m) 2 v = 6.33 ´ 10 -7 m3 v = 0.08m ´ 1 4" 0.08m ´ 13 1/8" 32 " v = 0.3198in 3 0.08m v = 5.24 ´ 10 -6 m 3 Placas 1 4" 0.08m 1/4" espesor v = 0.05 ´ 0.08 ´ 1 0.05m 4" v = 2.54 ´ 10 -5 m3 Calculando la tuerca en el punto 1, considerando que la mano se encuentra: Ft ; s = 160MPa al 50% s = 80Mpa . At WMano = VDedos ´ P +WPernos +WPlaca +WTornillos + 20% \ st = WMano = 5(5.24´10-6 m3 ´ 2.77Mg / m3 ) + 6.33´10-7 m3 ´ 7.87Mg / m3 + 24.91gf + (2.54´10-5 m3 ´ 2.77Mg / m3 )2 + 20% WMano = 290g WTOTAL = 290g +1000g = 1290g = 12.65N Por Resistencia. 12.65N 80MPa = 2 pd 4 12.65N(4) \d = = 4.48´ 10-4 m = 0.448mm p 80MPa 0.35m 2 0.13m 1 0.13m 0.14m 99 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Por Deformación. 3 PL 12.65 N 4 " 4 = = 1.0717 ´ 10 - 7 m d = AE p 1 (716 Pa ) 4" P t= A 12.65 N 40 MPa = pdl 12.65 N = 1.585 ´ 10 -5 m l= 1 40 MPa p 4" l = 1.585 ´ 10 -5 m = 0.015mm = 6.24 ´ 10 - 4 in La tuerca tiene ¼” de espesor, cuerda estándar 12n/in. \Son 12n/in´ ¼” = 3 hilos de trabajo. 12n/in´ 6.24 ´ 10­4in = 7.48´ 10­3 hilos\Una tuerca es suficiente. ( ) ( ) ( ) 3/8 1/16" 1/16" 3/8" 1/2" 1/2 Proponemos una barra de ½ y observamos 4 posiciones críticas. Cuando el brazo esta en posición vertical, hacia arriba, hacia abajo, horizontal y con un ángulo de 45°. Primero analizaremos la barra a tensión y compresión. y Aluminio f = 1 2 " = 0.0127m s = 160MPa (T ) 0.13m 0.13m s = 170MPa (C ) ” M t = 80MPa F x 100 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica M = 9.81N × cm F = WMano + WC arg a + WBarra + WMotor + Wst + 20% F = 290 g + 1000 g + (1.64 ´ 10 -5 m3 )(2.77 Mg / m3 ) + 200 g + 50 g + 20% F = 1902.6 g = 18.7 N 18.7 N (4) P = 147288.8 N / m2 = 147 KPa (T ) s= = A p (0.0127m)2 Mr 9.81N × cm(0.00635m)(2) = = 243.9 ´ 10 3 N / m2 = 243KPa t= 4 J p (0.00635m) s Y = 103KPa sX =0 t = -243KPa 2 0 + 147 KPa æs s ö æ 0 - 147 KPa ö 2 2 ± ç X - Y ÷ + t XY = ± ç s P 1, P 2 = ÷ + (- 243 KPa ) 2 2 2 2 ø è è ø s P 1 = 73500 Pa + 254 KPa = 327372 Pa » 327 KPa (T ) s X +s Y s P 2 = 73500 Pa - 254 KPa = -180372 Pa » 180 KPa (C ) s P3 = s P2 = 0 t= s Max - s Min 2 = 327 KPa - (- 180 KPa ) = 507 KPa 2 Por Deformación. d = PL = AE TL Ө= GJ 13.1N (0.13m) æ p (0.0127 m)2 71GPa çç 4 è J = pr 4 2 = ö ÷ ÷ ø = 1.89 ´ 10 -7 m = 1.89 ´ 10 - 4 mm p (0.25in )4 2 = 0.00613in 4 G = Modulo de rigidez del aluminio = 26GPa Ө= 9.81N × cm(0.13m) = 1.92 ´ 10 - 4 rad = 0.000192rad 9 4 26 ´ 10 Pa (0.00613in ) Cálculo de la cuerda en el punto 2. 101 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica F = WMano + WP + WBarra + WMotor + WSF + 20% F = 290 g + 1000 g + 45.5 g + 200 g + 50 g + 20% F = 1902.6 g = 18.65 N WBarra WMano WP st = Ft At 80 MPa = ; s = 160MPa al 50% s = 80MPa 18.65 N pd 2 4 18.65 N (4) \d = = 5.44 ´ 10 - 4 m p (80MPa ) d = 0.544mm Se propone ¼” Por deformación. 18.65 N (3 4 " )4 PL = = 1.58 ´ 10 -7 m 2 " AE p (1 4 ) (71GPa ) 18.65 N 40MPa = p (1 4 " )l 18.65 N \l = = 2.33 ´ 10 -5 m = 0.023mm " p (1 4 )(40MPa ) d = l = 9.2 ´ 10 -4 in La tuerca tiene ¼” de espesor con cuerda estándar 12n/in. \ Trabaja a 3 hilos y se necesitan 12n/in´ 1.2 ´ 10 -4 = 1.104 ´ 10 -2 hilos, por tanto una tuerca es suficiente. 102 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica ca h co Tanf = ca Cosf = Fy2 Fy1 M1 Fx1 M2 Fx2 Para la barra en posición horizontal. s= My I I= pr 4 4 = p (0.25in )4 4 = 0.003067in 4 2.82 N × m(0.25in ) = 1.4 MPa 0.003067in 4 s T = 2033 psi sT = s C = 14 MPa 103 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Hay dos partículas. Partícula A ξ Partícula B ξ σ σ Colocado a 30° en el punto 1. Las reacciones de la mano respecto a la barra, el momento es el momento generado a 0°. \ + M 1 = WMano (0.07 m) + WP (0.09 m) W 1Kg Wbarra Wmano M 1 = 290 g (0.07 m) + 1000 g (0.09m) M 1 = 110.3 g × m + å FX = 0 F X1 = 290 gsen 45° + 1000 gsen 45° F X1 = 912.16 gf + å FY = 0 FY1 = 290 g cos 45° + 1000 g cos 45° FY1 = 912.16 gf Colocado en el punto2. Cuando Ө = 0° W 1Kg Wbarra Wmano 104 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica +åM = 0 M 2 = M1 + WMano (0.2m) + WP (0.22m) - FY1 (0.13m) + WBarra (0.065m) + WMotor (0.065m) + 20% M 2 = 110.3 g × m + 290 g (0.2m) + 1000 g (0.22m) - 912.16 g (0.13m) + 45.5 g (0.065m) + 100 g (0.065m) + 20% M 2 = 335.01gf × m + å FX = 0 F X 2 = 290 g (sen 45°) + 1000 g (sen 45°) + 45.5 g (sen45° ) + 100 g (sen 45°) = 1015.05 gf FY2 = 290 g (cos 45°) + 1000 g (cos 45°) + 45.5 g (cos 45°) + 100 g (cos 45°) = 1015.05 gf Por Teorema de Superposición. E = 71GPa I = 0.003067in4 La 1ra. Y1 = - 100 g (0.065m) PL3 == -9.9 ´ 10 - 7 m 4 3EI 3(71GPa )(0.003067in ) 3 Por el extremo libre de fuerza. Y2 = fL = 2.285 ´ 10 -5 rad (0.065m) = 1.48 ´ 10 -6 m 2 - PL2 - 100 g (0.065m) f1 = = = 2.285 ´ 10 -5 rad 4 2 EI 2(71GPa ) 0.003067 in 2 ( ) La 2a. Y3 = - 350 g / m(0.13m) = 1.35 ´ 10 -6 m 4 8(71GPa ) 0.003067in f2 = - 350 g / m(0.13m) = 1.38 ´ 10 -5 rad 4 6(71GPa ) 0.003067in 4 ( ) 3 ra La 3 . ( ) Y4 = - 1290 g (0.13m) = 1.02 ´ 10 -4 m 4 3(71GPa ) 0.003067in f3 = - 1290 g (0.13m) = 1.17 ´ 10 -3 rad 4 2(71GPa ) 0.003067 in 3 ( ) 2 ( ) La 4ta. 105 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 110.3 g × m(0.13m) = 1.00 ´ 10 - 4 m 4 2(71GPa )(0.003067in ) 110.3g × m(0.13m) f4 = = 1.55 ´ 10 -3 rad 71GPa (0.003067in 4 ) 2 Y5 = - YT = Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5 = 0.00021m fT = f1 + f 2 + f3 + f 4 + f 5 = 0.0027 rad Una vez que calculamos las reacciones del punto 1 de la mano respecto a la barra: Fy1 Fy2 M1 Fx1 FX = 912.16gf FY = 912.16gf M = 110.3gm Fx2 Wmano Wmotor 45 Existen 2 esfuerzos debido a las fuerzas internas y externas: W = WBarra + WMotor + WSF + 20% W = 45.5 g + 200 g + 50 g + 20% W = 354.6 g F X 2 = h cos f = 354.6 gf cos 45° = 250.74 gf FY2 = hsenf = 354.6 gfsen45° = 250.74 gf M = M1 + FY1 (0.13m) + FY2 (0.065m) M = 110.3g × m + 912.16 gf (0.13m) + 250.74 M = 2.4 N × m sT = + sC = - 2.4 N × m(0.25in ) 1162.9 gf (4 ) = 11.8MPa 0.003067in 4 p (0.5in )2 2.4 N × m(0.25in ) 1162.9 gf (4) = 12 MPa 0.003067in 4 p (0.5in )2 Como ya se ha visto en cálculos anteriores la barra puede soportar estos esfuerzos sin ningún problema, aunque no debemos olvidar la presencia de la torsión en la barra, también se observó que aún con esfuerzos mayores a 13MPa soportó muy bien los esfuerzos combinados. 106 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Cuando el brazo esté colocado en posición vertical con la mano en la parte de arriba, el procedimiento es el mismo que si se encontrara con la mano en la parte de abajo, es decir la compresión y tensión son iguales. Calculo del espesor de las placas de la horquilla. 18.65 N = 9.325 N 2 2 P P 9.325 N s= = = = 51805Pa A b ´ h 0.06m ´ 0.003m PL 9,325 N (0.06m) d = = = 4.37 ´ 10 -8 m AE 71GPa (0.06m ´ 0.003m) P= W = VHorquilla = 2(0.06m ´ 0.06m ´ 0.003m) + (0.003m ´ 0.06m ´ 0.06m) = 3.24 ´ 10 -5 m3 WHorquilla = 3.24 ´ 10 -5 m3 (2.77 Mg / m3 ) = 89.748 g = 0.88 N WMotor = 250 g = 2.45 N WTotalMano = 21.98 N Para el cálculo del perno de la horquilla. P N P P P Considerando: σ = 250MPa, τ = 125MPa al 50% = 62.5MPa. t= d= P 2A 4P = 2tp 4(21.98 N ) = 4.73 ´ 10 -4 m 2(62.5MPa )p d = 0.473mm Se propone un perno de ¼”. Para sujetar los dedos emplearemos cuñas o una cuña completa y para sujetarlos a ésta utilizaremos tornillos prisioneros. " Se propone el diámetro del perno de ¼”, pero podemos tener un diámetro de 1 8 efectivo ya que al " practicar la musca para la cuña se desperdiciará 1 8 del diámetro y no será utilizado. La fuerza aplicada es de 9.81N, s = 60000psi al 30 % = 18000psi, t = 9000psi. 107 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica " El área al esfuerzo cortante A = 1 8 l . F F = A 1 8" l 9.81N 2.2lbf l= = = 1.95 ´ 10 -3 in " " 1 8 (9000 psi ) 1 8 (9000 psi ) t= l = 0.049 ´ 10 - 2 mm Dedo 1/4” b Perno b 1/8” t Cuña La longitud de la cuña es muy pequeña y por ello se pensó que tan solo con un tornillo de prisionero será suficiente para sostener los dedos en su posición. El tornillo será seleccionado por manual. s Comp = AComp = s Comp \l = FComp AComp = FCorte ´ 2 b´l b´l 2 9.81N ´ 2 = 1 4" ´ l P=18.55N Motoreductor 9.81N ´ 2 = 9.8 ´ 10 -4 in " 1 4 ´ 18000 psi l = 2.48 ´ 10 - 2 mm El rodamiento servirá de apoyo al sin fin y el motor estará fijo de ese extremo. W sf = 50gr. W Tuerca = 5gr. W T = 55gr. + å M A = WT (4.75cm) - RB (9.5cm) = 0 - 55 gr (4.75cm) = 27.5 gr RB = - 9.5cm 108 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Esta es la fuerza que tendría que soportar el balero y deberá tener un diámetro interior de ¼” y se selecciona a través de manual. Para el acoplamiento del sin fin con el vástago del motoreductor se pensó en un acoplamiento rígido porque el momento generado no es grande, además es importante que no exista desalineamiento torsional. También se pensó en utilizar un acoplamiento de bronce, para sujetarlo se emplearán tronillos prisioneros ya que el momento no es muy grande. Las fuerzas tangenciales serán en el sf. FSF = TSF 0.119lb × in = = 1.26lbf rSF 0.094in Fuerza tangencial en el vástago del motoreductor. Ft = 0.1325lb × in = 4.49lb 0.0295in En la muñeca existen dos fuerzas máximas por así decirlo una cuando el brazo está horizontal y la otra cuando está vertical, y ambas son Fh = 14.07N y Fv = 18.65N respectivamente; Lo que significa es que la fuerza radial que debe soportar el balero radial debe ser de 14.07N y la fuerza axial que debe soportar será de 18.65N cada uno, contando con un diámetro interior de 3/8”. Cálculos para el cople. El momento de la muñeca es de 9.81 N × cm . r1 = radio de la barra. F tan gencial = M 9.81N × cm = = 3.47lb = 15.4 N r1 0.25in Cálculos para el vástago y el motor. r2 = radio del vástago. Ftan gencial = M 1.77ibf × in = = 30lbf = 133.44 N r2 0.059in Se utilizará un acoplamiento rígido sostenido por tornillos prisioneros. Cálculo de las cuñas. s = 60000psi al 30 % = 18000psi, t = 9000psi. b=0.024” b=t t 109 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica t= F tl Calculando con F = 133.44N F 133.44 N = = 0.13in tt 0.024in(9000 psi ) l = 3.5mm F ´2 s Comp = Corte b´l b´l A= \l = 2 \l = FCorte ´ 2 133.44 N ´ 2 = = 013in b ´ s Comp 0.024in(18000 psi ) l = 3.5mm A = t ´ l = 0.024in ´ 0.13in = 0.00312in 2 pd 2 Para círculo A = 4 0.00312in 2 (4 ) A4 = d= p p -2 d = 6.3 ´ 10 in = 1.6mm El momento del codo es de. 250gr 200gr FY A FX 0.13m 0.13m 0.035m 2071.4gr­f/m 350gr/m 690g/m Ma 9.81N 50gr 0.06m 0.035m 0.0175m 0.05625m 0.14m 0.05625m 110 0.07m 0.07m Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica + M A = 2071.4 gt / m(0.14m)(0.295m) + 1000 gf (0.295m) + 350 g / m(0.13m)(0.16m) + 200 g (0.1125m) + 50 g (0.16875m) + 690 g / m(0.095m)(0.0475m) + 250 g (0.06m) - 690 g / m(0.035m)(0.0175m) = 436.45 gf × m M A = 37.88lbf × in M A = 4.28 N × m M A = 43645.732 gf × cm M A = 606.1202oz × in Cálculos de engranes para la transmisión de engranes en la parte del codo. Para la primera pareja de engranes cónicos la velocidad de giro del codo es: M p1 = 2 Mt = 40lb.in n = 24.39RPM eficiencia del 60% diametro=0.3913" Fta diametro=0.5294" Fra p2=2.439 Frc Mt = 37.88lb.in n = 5RPM d 1.5708rad = = 0.5236 rad seg t 3seg 1rev 60 seg rad 0.5236 rad seg = 0.5236 seg * 2P rad * 1 min = 5RPM V= que es la velocidad con la que se moverá el brazo 24.39 RPM = 4.878 5 RPM r T = r1 * r 2 = 4.878 rT = r1 = 2 r2 = 4.878 = 2.439 2 El material que se utilizara para los engranes es: acero SAE 4140 111 Ftc Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Ru = 74 kg/mm2 = 105154psi Rc = 56 kg/mm2 = 79576psi Engranes generados e=0.002” 37.88lb * in(5RPM ) = 3.0051 * 10 -3 HP 63025 63025 -3 3.0051 *10 HP = 5.008 * 10 -3 HP N sum = 0.60 Zp = 18 Ze = ZP * r = 18 * 2 = 36 N cons = Mt * n = 1 1 * 105154 psi = 35051.33 psi 3 3 Yp = 0.098 Ye = 0.12 34 - - - 0.118 36 - - - x 36 - - - 0.122 So = Ru = x = 0.12 SoYp = 53051.33(0.098) = 3435.03 SoYe = 35051.33(0.12) = 4206.13 se usará el piñón para realizar el análisis aunque se podría tomar cualquiera de los dos ya que ambos serán construidos de el mismo material. 112 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 63025(5.008 *10 -3 HP ) = 12.94lb * in 24.39 RPM 2 Rc 2 * 79576 psi = = 35367.11 psi sx = 3F .S. 3 * 1.5 K=6 Mtp = Pc = 3 s x KYpZp cosa 3 35367.11 * 6 * 0.098 *18 * cos 45 = = 46.61 0.202 Mtp 0.202 * 12.94 P = 46 Zp 18 = = 0.3913" D= P 46 P Dn P * 0.3913 * 24.39 = = 2.498 ft V= min 12 12 600 ö æ æ 600 ö Sperm = Soç ÷ = 34905.67 psi ÷ = 35051ç è 600 + 2.498 ø è 600 + V ø 0.202MtpP 3 0.202 * 12.94 * 46 3 = = 33995.72 psi Sprod = ZpKYp cosa 18 * 6 * 0.098 * cos 45 Sperm f Sprod K=6 Sprod 33995.72 =6 = 5.84 Sperm 34905.67 æPö æPö ÷ = 5.84ç ÷ = 0.3988 » 0.5 èPø è 46 ø 2 Mtp 2 * 12.94 Ft = = = 66.13lb D 0.3913 c = 3320 b = Kj = K ç Fd = 0.05V (bC cos 2 a + FT ) 0.05V + (bC cos 2 a + FT ) + FT = [ ] 0.05 * 2.498 (0.5(3320) cos 2 45) + 66.13 0.05 * 2.498 + [(0.5(3320) cos 45) + 66.13] Fd = 69.85lb æPö æPö ÷ cos a = 53051 * 0.5 * 0.098 * ç ÷ * cos 45 = 125.53lb è 46 ø èPø Fo = SobYpç Fo f Fd 113 2 + 66.13 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fw = DbKQ 0.3913* 0.5 *197.06*1.33 = = 102.55lb cos2 a cos2 45 æ 1 1 ö ÷ Ee ÷ø 1 ö æ 1 + 1100002 sen20ç 6 6 ÷ è Ep è 30*10 30*10 ø = = 197.06 K= 1.4 1.4 Ses = 400( HBN) - 10000= 400(300) - 10000= 110000 Ses2 senq çç Q= + 2Ze 2(36) = = 1.33 Zp + ZE 18 + 36 Fw f Fd calculo del segundo par de engranes rectos. Material para engranes Acero SAE 4140 Ru = 74 kg/mm2 = 105154psi Rc = 56 kg/mm2 = 79576psi Engranes generados e=0.002” C = 3320 E = 30*106 psi. Zp = 18 Ze = ZP * r = 18 * 2.439 = 43.9 » 44 1 1 * 105154 psi = 35051.33 psi So = Ru = 3 Yp = 0.098 Ye = 0.126 43 - - - 0.126 44 - - - x 50 - - - 0.130 3 x = 0.126 SoYp = 53051.33(0.098) = 3435.03 SoYe = 35051.33(0.126) = 4416.46 114 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica se usara el piñón para el análisis 63025(5.008 *10 -3 HP ) = 28.88lb * in 12.195 RPM 2 Rc 2 * 79576 psi = = 35367.11 psi sx = 3F .S. 3 * 1.5 K=6 Mtp = Pc = 3 s x KYpZp cosa 3 35367.11 * 4 * 0.098 * 18 = = 34.97 0.202 Mtp 0.202 * 28.88 P = 34 Zp 18 D= = = 0.5294" P 34 PDn P * 0.5294 *12.195 = = 1.69 ft V= min 12 12 æ 600 ö æ 600 ö ÷ = 52901.99 psi ÷ = 35051ç è 600 + 1.69 ø è 600 + V ø 0.202 MtpP 3 0.202 * 28.88 * 34 3 = = 32495.76 psi Sprod = ZpKYp 18 * 4 * 0.098 Sperm f Sprod Sperm = Soç K=4 32495.76 Sprod =4 = 2.457 52901.99 Sperm æPö æPö ÷ = 2.457ç ÷ = 0.227 » 0.5 è 34 ø èPø 2 Mtp 2 * 28.88 = = 109.10lb Ft = D 0.5294 c = 3320 0.05V (bC + FT ) 0.05 *1.69[(0.5(3320)) + 109.10] + 109.10 + FT = Fd = 0.05V + (bC + FT ) 0.05 * 1.69 + [(0.5(3320) ) + 109.10] b = Kj = K ç Fd = 112.64lb æPö æPö ÷ = 53051 * 0.5 * 0.098 * ç ÷ = 240.19lb èPø è 34 ø Fo = SobYpç Fo f Fd 1er Balero de la horquilla. 115 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fr = 18.88 N Fa = 5.664 N n = 5RPM fint = 1 4" Fa 18.88 N = = 3.33 Fr 5.664 N n = 10 RPM de tablas. Lh = 12000 horas de funcionamiento. C P = 1.96 de tablas. P = 3 para rodamientos de bolas. 1000000 (1.96 )3 = 23963.5233 60(5) C 0 = S0 P0 = Lh = P0 = Fr S0 = 1 C 0 = 1(18.88) = 18.88 N » 1.9 Kg Dimensiones del balero. d = 6mm D = 13mm B = 3.5mm - espesor C = 64 Kg - c arg a P = 0.0020 Kg Designaciòn, SKF 618 / 6 Por último por medio de tablas comprobaremos que nuestro rodamiento dure las horas a las cuales propusimos. En las tablas el valor máximo es inferior que el resultado que obtuvimos por lo cual podemos concluir que durará varias veces, más que 30000horas. 2º Balero de la horquilla. 116 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fr = 18.88 N Fa = 5.664 N n = 5RPM fint = 1 4" Fa 18.88 N = = 3.33 Fr 5.664 N n = 10 RPM de tablas. Lh = 12000 horas de funcionamiento. C P = 1.96 de tablas. P = 3 para rodamientos de bolas. 1000000 (1.96 )3 = 23963.5233 60(5) C 0 = S0 P0 = Lh = P0 = Fr S0 = 1 C 0 = 1(18.88) = 18.88 N » 1.9 Kg Dimensiones del balero. d = 6mm D = 13mm B = 3.5mm - espesor C = 64 Kg - c arg a P = 0.0020 Kg Designaciòn, SKF 618 / 6 Por último por medio de tablas comprobaremos que nuestro rodamiento dure las horas a las cuales propusimos. En las tablas el valor máximo es inferior que el resultado que obtuvimos por lo cual podemos concluir que durará varias veces, más que 30000horas. Calculo de baleros para dedos. 117 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Fr = 16.94 N Fa = 5.002 N d = 1 4" P = xFr + yFa como es radial: P = 1Fr + 0 Fa P = Fr P = 16.94 N = 1.7 Kg Lh = 12000 horas de funcionamiento n=10 RPM de tablas C P = 1.96 1000000 (1.96)3 = 41830 Lh = 60(3RPM ) Horas de funcionamiento C 0 = S0 P0 = 1(P0 ) = 1.7 Kg d = 6mm D = 13mm espesor = 3.5mm Carga que soporta 64Kg N = 0.0020 Kg Balero SKF 618/6 Son dos baleros. Por último por medio de tablas comprobaremos que nuestro rodamiento dure las horas a las cuales propusimos. En las tablas el valor máximo es inferior que el resultado que obtuvimos por lo cual podemos concluir que durará varias veces, más que 30000horas. Calculo de baleros para dedos. Fr = 16.94 N Fa = 5.002 N d = 1 4" P = xFr + yFa como es radial: 118 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica P = 1Fr + 0 Fa P = Fr P = 16.94 N = 1.7 Kg Lh = 12000 horas de funcionamiento n=10 RPM de tablas C P = 1.96 Lh = 1000000 (1.96)3 = 41830 60(3RPM ) Horas de funcionamiento C 0 = S0 P0 = 1(P0 ) = 1.7 Kg d = 6mm D = 13mm espesor = 3.5mm Carga que soporta 64Kg N = 0.0020 Kg Balero SKF 618/6 Son dos baleros. Por último por medio de tablas comprobaremos que nuestro rodamiento dure las horas a las cuales propusimos. En las tablas el valor máximo es inferior que el resultado que obtuvimos por lo cual podemos concluir que durará varias veces, más que 30000horas. Rodamiento radial para muñeca Fr = 1.5Kg Fa = 0 Fr = P n = 7 RPM f = 3 8" = 9.5mm = 10mm Propusimos 12000horas P=3 por ser rodamiento de bolas. 119 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica C = 1.96 P C 0 = S0 P0 S0 = funcionamiento, silencioso. C 0 P0 = 1.5 Kg Lh = Horas de funcionamiento 1000000 (1.96)3 = 17927 60(7 ) d = 10mm D = 19mm B=5 C = 110 Kg W = 0.0055 Kg SKF = 61800 Para el mecanismo de muñeca necesitamos 2 rodamientos axiales de P = Fa , P = 1.9 Kg y seleccionamos un rodamiento. d = 20mm D = 35mm H = 10mm C = 1180 Kg W = 0.040 Kg SKF = 51104 Fuerza de carga axial mínima. æ n ö Fa f Aç ÷ è 1000 ø 2 æ 7 RPM ö Fa f 0.387ç ÷ è 1000 ø Fa f 0.0000189 Kg 2 \ está muy sobrado el rodamiento. Para el mecanismo de muñeca necesitamos 2 rodamientos axiales de P = Fa , P = 1.9 Kg y seleccionamos un rodamiento. 120 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica d = 20mm D = 35mm H = 10mm C = 1180 Kg W = 0.040 Kg SKF = 51104 Fuerza de carga axial mínima. æ n ö ÷ è 1000 ø Fa f Aç 2 æ 7 RPM ö Fa f 0.387ç ÷ è 1000 ø Fa f 0.0000189 Kg 2 \está muy sobrado el rodamiento. 1er Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m p (80 ´ 10 6 Pa ) 4 Por deformación. 3.108(10mm) PL d = = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) 3.108 3.108 P t= = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 121 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2º Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 ( ) 80 10 Pa p ´ 4 Por deformación. 3.108(10mm) PL d = = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) 3.108 3.108 P t= = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 -4 )(40 ´ 10 6 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 3er Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 Por deformación. PL 3.108(10mm) d = = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) P 3.108 3.108 t= = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) 122 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 4º Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 Por deformación. 3.108(10mm) PL d = = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) 3.108 3.108 P t= = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 * 10 -3 * 12 = 0.05244h 5º Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160 MPA, al 50% \s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4) = 2.224 ´ 10 - 4 m p (80 ´10 6 Pa ) 4 123 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Por deformación. d = PL 3.108(10mm) = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= P 3.108 3.108 = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 6º Tornillo para el antebrazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 Por deformación. d = 3.108(10mm) PL = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= 3.108 3.108 P = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 124 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1er Tornillo para el brazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 ( ) 80 10 Pa p ´ 4 Por deformación. d = PL 3.108(10mm) = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= P 3.108 3.108 = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 2º Tornillo para el brazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m p (80 ´ 10 6 Pa ) 4 125 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Por deformación. d = PL 3.108(10mm) = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= P 3.108 3.108 = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 3er Tornillo para el brazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 Por deformación. d = 3.108(10mm) PL = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= 3.108 3.108 P = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 -4 )(40 ´ 10 6 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 126 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 4º Tornillo para el brazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 Por deformación. d = PL 3.108(10mm) = = 2.817 m A p (2.22 ´ 10 - 4 )2 (71 ´ 10 9 ) t= P 3.108 3.108 = Þl= = 1.11 ´ 10 - 4 m 6 -4 -4 A p (2.22 ´ 10 )l p (2.22 ´ 10 )(40 ´ 10 ) Cuerda estándar 12 h/in h = 4.37 ´ 10 -3 in ´ 12 = 0.05244h . 5º Tornillo para el brazo. F = 18.65 18.65 = 3.108 6 Ft Þ s t = 160MPA, al 50% \ s = 80MPa At d = 40 MPa st = 80 MPa = 3.108 p (d 2 ) Þd = 3.108(4 ) = 2.224 ´ 10 -4 m 6 p (80 ´ 10 Pa ) 4 127 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 2.CÁLCULOS ELECTRÓNICOS. Diagrama a bloques de la obtención y el control de los elementos mecanicos de la protesis miolelectrica. Amplificación de la señal EMG. Filtración de la señal EMG. Amplificación de la señal EMG. Digitalización de la señal EMG. Control PID. Amplificación de la señal. Amplificador de instrumentación. Para esta etapa de amplificación es necesario obtener la señal por medio de un amplificador de instrumentación, ya que están diseñados exactamente para este caso de señales. El amplificador que se escogió para esta etapa es el AD620 porque es alimentado desde +­ 2.3V hasta +­ 18V. la ganancia puede ser variada por una sola resistencia con un rango de 1 a 1000 la corriente de alimentación es de 1.3mA lo que lo hace perfecto para ser alimentado por una batería. Así la ecuación de la ganancia es: y nosotros necesitamos una ganancia de 10, por lo que: Rg = 5488Ω o 5.5KΩ En la figura de abajo se muestra la conexión del AD620. 128 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Filtrado de la señal. El ancho de banda que necesitamos es de 20­200Hz. Por lo que se necesita un filtro pasa altas con Frecuencia de corte igual a 20Hz y un filtro pasa bajas (butterworth) con una frecuencia de corte de 200Hz.y una atenuación de 40db Filtro pasa bajas: Es el primer filtro que se tiene, su funcionamiento es a base de un capacitor y resistencia, este filtro tiene la siguiente configuración: La frecuencia de corte se define como el punto de Vo=.7071Vi Sustituyendo obtenemos que: Por lo que si necesitamos una Fc de 200Hz: C = 1 1KΩ(200Hz)2(3.1416) = 0.795µFd Filtro Pasa­altas Este es el segundo de los filtros pasivo, el único cambio que presenta es la conexión de la salida, la cual en vez de tomarse del capacitor se toma de la resistencia lo cual nos provoca que en vez de dejar “pasar” las frecuencia bajas pasen las frecuencias altas. Circuito: 129 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Como ya se menciono el circuito físicamente es igual que el anterior, solamente la salida se toma de la resistencia. C = 1 1KΩ(20Hz)2(3.1416) = 7.95µFd Utilizando estos dos circuitos como un filtro pasa bandas con un ancho de banda de 20 – 200 Hz queda de la siguiente manera: Amplificación de la señal. Para asegurar que la señal pueda ser detectada por la etapa de digitalización se amplificara con amplificadores operacionales. La señal se amplifica 5 veces a través de un circuito inversor: Cb2 Rb3 Vsal ­ + Rb2 Cb1 Convertidor analógico­digital. 130 Rb1 Ven Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica El microcontrolador incluye un convertidor analógico­digital de aproximaciones sucesivas de 10 bits. La tensión de referencia implementada es la tensión interna de alimentación, vref+=5Vdc y Vref­=0v. Le resolución de cada bit procedente de la conversión es: resolucion = Vref + - Vref 1024 = 5 = 0.00488V 1024 Controlador. El método consiste en definir un posición normal de estado, por ejemplo normalmente abierto. Cuando el valor RMS de la señal mioelectrica alcanza el valor de umbral U1 ( volts) la prótesis cambia de estado, es decir, flexiona los dedos. Y permanecerá en este estado mientras la señal se encuentre en el rango U1 +­ R/2. Cuando el usuario cesa la contracción, la señal pasa al nivel de inactividad (0 volts) y por consecuencia, la prótesis regresa a su posición normal de estado. Inicio dADC R U1 U2, U3 dADC=U3? +­R/2 no Vselec=complemento De Vselec Dprom{1}=dADC i=i+1 no dcomp = U1? +­ R/2 Flexion comun de los dedos no dComp = U2? +­R/2 no dComp = U1? +­R/2 i > 10? Extensión común de los dedos Pronación no si dComp = U2? +­R/2 no dComp = dComp i=1 Vselec = 1? 131 Supinación Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Servocontrol de la articulación del brazo. Controlador del codo. Para los calculaos se consideraron los siguientes datos ­ ­ ­ helipot de 10 vueltas voltaje de 12v motor de 12v y resistencia de armadura 5.3Ω las vueltas del helipot se convierten a grados siendo de 10 vueltas y cada vuelta tiene 360˚, por lo tanto de 10 vueltas son 3600˚. Ahora fijamos la precisión en 5˚ y determinamos que nuestra resistencia de precisión de 0˚ a 7200 incrementa el voltaje de 0 a12V. Y por regla de tres obtenemos el valor correspondiente a nuestra precisión de 5˚. 3600˚ ­ 12V 5˚ ­ 16.6mV la ganancia es: G= Vsal = 722.89 Vent proponemos el valor de R1,R2, y R3 igual a 10KΩ Rf = 722.89 *10 KW = 7.2MW teniendo el voltaje y la resistencia de armadura del motor obtenemos la corriente : Ic = 12 = 2.26 A 5.3 con la ganancia de los transistores Hfe=40 calculamos la corriente de base. Ib1 = Ic = 0.0565 A Hfe de la ecuación obtenemos: 132 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Vcc = ( Ib1 * Rb1) + Vbc + (ib1 * Ra ) \ Rb1 = Vcc - Vbc - ( Ib * Ra ) = 205.3W Ib1 Rb1 = Rb2 +Vcc 10K Rf R1 señal EMG ­ M + 10K R 10K ­Vcc M R3 R1 ­ + R2 R Servocontrolador de la apertura y cierre de la mano. Para los cálculos se consideraron los siguientes datos ­ ­ ­ helipot de 10 vueltas voltaje de 12v motor de 12v y resistencia de armadura 5.3Ω las vueltas del helipot se convierten a grados siendo de 10 vueltas y cada vuelta tiene 360˚, por lo tanto de 10 vueltas son 3600˚. Ahora fijamos la precisión en 5˚ y determinamos que nuestra resistencia de precisión de 0˚ a 7200 incrementa el voltaje de 0 a12V. Y por regla de tres obtenemos el valor correspondiente a nuestra precisión de 5˚. 3600˚ ­ 12V 5˚ ­ 16.6mV la ganancia es: 133 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica G= Vsal = 722.89 Vent proponemos el valor de R1,R2, y R3 igual a 10KΩ Rf = 722.89 *10 KW = 7.2MW teniendo el voltaje y la resistencia de armadura del motor obtenemos la corriente : Ic = 12 = 2.26 A 5.3 con la ganancia de los transistores Hfe=40 calculamos la corriente de base. Ic = 0.0565 A Hfe Ib1 = de la ecuación obtenemos: Vcc = ( Ib1 * Rb1) + Vbc + (ib1 * Ra ) \ Rb1 = Vcc - Vbc - ( Ib * Ra ) = 205.3W Ib1 Rb1 = Rb2 +Vcc 10K Rf R1 señal EMG ­ + M 10K R 10K ­Vcc M R3 R1 ­ + R2 R servocontrol del giro de la mano. 134 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Para los cálculos se consideraron los siguientes datos ­ ­ ­ helipot de 10 vueltas voltaje de 12v motor de 12v y resistencia de armadura 5.3Ω las vueltas del helipot se convierten a grados siendo de 10 vueltas y cada vuelta tiene 360˚, por lo tanto de 10 vueltas son 3600˚. Ahora fijamos la precisión en 5˚ y determinamos que nuestra resistencia de precisión de 0˚ a 7200 incrementa el voltaje de 0 a12V. Y por regla de tres obtenemos el valor correspondiente a nuestra precisión de 5˚. 3600˚ ­ 12V 5˚ ­ 16.6mV la ganancia es: G= Vsal = 722.89 Vent proponemos el valor de R1,R2, y R3 igual a 10KΩ Rf = 722.89 *10 KW = 7.2MW teniendo el voltaje y la resistencia de armadura del motor obtenemos la corriente : Ic = 12 = 2.26 A 5.3 con la ganancia de los transistores Hfe=40 calculamos la corriente de base. Ib1 = Ic = 0.0565 A Hfe de la ecuación obtenemos: Vcc = ( Ib1 * Rb1) + Vbc + (ib1 * Ra ) \ Rb1 = Vcc - Vbc - ( Ib * Ra ) = 205.3W Ib1 Rb1 = Rb2 135 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica +Vcc 10K Rf R1 señal EMG ­ + M 10K R 10K ­Vcc M R3 R1 ­ + R2 R 136 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Capitulo 4 · Costo de Producción. Para iniciar un proyecto se debe conocer si el proyecto será rentable, y basarse en ello para llevar a cabo el proyecto. Por lo que en este capitulo se estudiara el estudio económico para de el proyecto en mención. 137 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Introducción. En el transcurso de este capitulo se entenderá como proyecto a una propuesta de inversión para realizar prótesis miolectricas destinadas a reincorporar a la gente discapacitada a su entorno social de nuevo. En algunas ocasiones será necesario considerar como proyectos complementarios otros proyectos, destinados a proporcionar servicios complementarios al proyecto básico, servicios complementarios que a la vez pueden ser nuevos proyectos. Con la anterior definición se están considerando proyectos que pueden variar mucho en cuanto a complejidad y magnitud. Etapas del ciclo de un proyecto. Los estudios de un proyecto se llevan a cabo en una sucesión de etapas, en cada una de las cuales reduce el grado de riesgo o incertidumbre. Cada etapa debe presentar suficientes elementos para profundizar en las subsiguientes. Se distinguen las siguientes etapas: a) Idea inicial b) Propuesta de proyecto (perfil o estudio preliminar) c) Prefactibilidad d) Factibilidad e) Evaluación y financiamiento f) Ingeniería y construcción g) Puesta en marcha y operación El paso de una etapa a otra se efectúa como resultado de una toma de decisión. Cada etapa representa Inversiones. Luego, la profundidad y extensión de cada etapa no debe Ir más allá de lo necesario para adoptar la decisión de continuar o detener el análisis del proyecto. La primera decisión ocurre cuando un ente llamado empresario, desea saber si una idea por él aceptada, puede materializarse en un proyecto. Contrata a otro ente llamado proyectista para que le estructure su Idea. La idea original es analizada, ordenada y completada en forma sistematizada pero superficial, dando por resultado un perfil preliminar. Estos perfiles preliminares también son realizados por entidades para interesar a posibles empresarios a continuar el análisis del proyecto. Con el resultado del perfil el empresario toma una segunda decisión: suspender el estudio o continuar adelante con la prefactibilidad. Igual decisión deberá tomar al finalizar las etapas de prefactibilidad y factibilidad. Al finalizar la etapa de ingeniería y construcción, las alternativas de decisión serán comenzar la operación de inmediato o diferir la puesta en marcha, pero ya no cabe la alternativa de no continuar. 138 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica La Guía Metodológica que se propone, consiste en una breve descripción de estas etapas en el ciclo de un proyecto. 1.ESTUDIO DE MERCADO El análisis que se deberá efectuar en esta etapa es de mucho más profundidad que el realizada durante la etapa anterior. Será necesario obtener la mayor cantidad posible de series estadísticas relativas al producto investigado. Además deberán obtenerse las series estadísticas de productos o servicios complementarios y sustitutivos, como también las series estadísticas de aquellos productos o servicios que tengan cierto grado de relación con el producto o servicio en cuestión, a efecto de por establecer las correlaciones correspondientes. Es de especial importancia la identificación los productos o servicios antes indicados, por cuanto es una de las formas más económica veraces para analizar tanto el comportamiento de la oferta, como de la demanda del producto investigado. Salarios Es de esperarse que en nuestras economías en vía de desarrollo, los sueldos y salarios de los trabajadores suban en el futuro en una forma regular, reflejando alguna relación con el aumento de los precios de los productos, por lo que puede ser lógico esperar también que dichos salarios suban a una tasa superior al 2% anual. También en la mayoría de nuestro país se ha podido observar que el precio del producto medio varía de acuerdo a los movimientos en el nivel general de precios, mientras que los salarios aumentan a una tasa significativamente mayor; lo que muy probablemente se deba al continuo mejoramiento de las técnicas productivas. También, para la mayor parte de los proyectos, la técnica de producción está frecuentemente determinada por el diseño del proyecto y en consecuencia, los requisitos de cantidad y tipo de la mano de obra están determinados, entre otros, por el diseño de la planta, por la tecnología utilizada, por el tipo de maquinaria instalada, etc. Si las condiciones anteriores persisten, es de esperar que los aumentos futuros en los salarios no implicarán disminución en la cantidad de mano de obra, por lo que en dichos proyectos se deben aumentar adecuadamente los rubros futuros por concepto de salarios, para reflejar el alza en los salarios reales. Como consecuencia de la exposición anterior, para tener en cuenta las implicaciones futuras por aumentos en los salarios, se recomienda: a) Para todos los proyectos, tener en cuenta las alzas en los salarios que se anticipan para el período durante la vida útil del proyecto. b) Cuando se esperan innovaciones que ahorren mano de obra y que sean aplicables al proyecto en cuestión, se deben introducir los efectos que sobre los salarios realmente pagados tendrán dichas innovaciones (disminución de mano de obra),pero también deberá tenerse en cuenta, como costo futuro del proyecto, el costo de introducir dichas Innovaciones. 2.COSTOS DE PRODUCCIÓN Fabricar es consumir o transformar insumos para la producción de bienes o servicios. La fabricación es un proceso de transformación que demanda un conjunto de bienes y prestaciones, denominados elementos, y son las partes con las que se elabora un producto o servicio: 139 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Materias primas Mano de obra directa Gastos indirectos de fabricación. · · · 1. Materias primas: Todos aquellos elementos físicos que es imprescindible consumir durante el proceso de elaboración de un producto, de sus accesorios y de su envase. Esto con la condición de que el consumo del insumo debe guardar relación proporcional con la cantidad de unidades producidas.. 2. Mano de obra directa: Valor del trabajo realizado por los operarios que contribuyen al proceso productivo. 3. Gastos indirectos: Son todos los costos en que necesita incurrir un centro para el logro de sus fines; costos que, salvo casos de excepción, son de asignación indirecta, por lo tanto precisa de bases de distribución El registro de estos elementos consta de dos partes: ∙ · · Concentración de los costos por elementos. Transformación de los elementos por su incorporación a los procesos. La administración, planeamiento y control hacen a otra función: la coordinación, que está especialmente referida a: · · · ∙ ∙ ∙ Número y calidad de las partes componentes. Niveles de inventarios (recursos físicos) o de disponibilidad (recursos humanos). Políticas de compras o aprovisionamiento y de contratación. 3.ESQUEMAS DE COSTOS. ∙ Costo primo: o primer costo, compuesto por la suma: MATERIALES + MANO DE OBRA. ∙ Costo de conversión: MANO DE OBRA + COSTOS INDIRECTOS DE FABRICACIÓN. ∙ Costo de producción: MATERIALES + MANO DE OBRA + COSTOS INDIRECTOS DE FABRICACIÓN. 140 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica MAT. PRIMA M.O.D. C.I.F. C.D. UTILIDADES BONIFICAC. Costo primo Costo de conversión Costo de producción Costo total Precio neto Precio bruto Para poder fijar el costo de nuestro proyecto es necesario analizar cuatro puntos fundamentales: · · · · Diseño. Selección de los materiales. Maquinado (torneado, fresado, rectificado, etc.) Verificación e inspección. Para poder analizar la etapa del diseño se deben analizar aspectos como el salario mínimo, establecido por la ley, las aptitudes y conocimientos que posee el ingeniero para realizar el proyecto; Para poder tomar en cuenta el factor del salario mínimo es necesario consultar con la Secretaria del trabajo y previsión social (STPS) para estipular el promedio del costo de diseño y mano de obra. Esto se puede corroborar en la siguiente tabla: 141 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 142 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 143 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Conforme a estos salarios y a la región correspondiente se tomó el costo mínimo de la mano de obra que se debe considerar para la realización del proyecto. En el aspecto del diseño, que corre a cargo del ingeniero, que lleva a cabo la responsabilidad y la evaluación requerida, se tiene que tomar en cuenta aspectos más detallados en cuanto al salario ya que el papel del ingeniero representa el 90% del diseño a elaborar. Para la realización del diseño es necesario tomar en cuenta los aspectos técnicos que este conlleva como son: la complejidad de planos, diagramas, cálculos y el tiempo que tardará en efectuarlo. En base a todo esto que es una pequeña pero importante parte la cual hemos decidido tomar de patrón otro aspecto que se tomará en cuenta es el costo de una prótesis mioeléctrica que actualmente se encuentra en el mercado internacional alrededor de $30,000 dls. Y es un sueño poder contar con esta a un precio económico ya que esta destinada para la gente de bajos recursos; Por lo que decidimos que el aspecto más importante para vender nuestro diseño radica en que en el mercado nacional no existe gente para la producción de estás. Conforme a la tabla de salarios normalizados que las leyes nacionales imponen se consideró que el aspecto técnico aproximadamente se valora en las cantidades mostradas. Todos los aspectos anteriores se evaluaron y se decidió que el costo del diseño de nuestra prótesis mioeléctrica será de $40,000 este es un costo bajo comparado con las prótesis que se encuentran a la venta y son importadas, pero el costo también se debe al objetivo que esta lleva, el de llegar a la de gente de bajos recursos y saber que esta en nuestras manos el cumplirlo. 4.MATERIA PRIMA En este segundo punto se detallará cada una de las piezas que conforman la prótesis mioeléctrica · · · · · · · · · · · · · · · Dedos y placas de aluminio Estructura del brazo y antebrazo Flecha del antebrazo Resorte de alambre de piano Chicote de acero Par de engranes cónicos Par de baleros axiales 6 Baleros radiales Tornillos, seguros y remaches Componentes electrónicos Baterías de Litio Electrodos y pasta conductora Chaleco Cubierta de Polipropileno Piel (recubrimiento de silicón) 144 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica En el análisis económico de estas piezas decidimos enfocarnos en el estudio de 5 de estas piezas, las cuales son el principio del proyecto. Salarios normalizados Año 2004 CATEGORIAS salario norm BASE PARA SALARIO oficial CONT. GRAL. NORMALIZADO GRUPO 1­ MANDOS SUPERIORES 1101.­INGENIERO MECANICO 187,19 1111.­INGENIERO ELECTRICO 187,19 1112.­ INGENIERO INDUSTRIAL 182,60 1113.­ LICENCIADO EN DERECHO 187,19 1114.­ MEDICO 187,19 1115.­ INGENIERO CIENCIAS QUIMICAS 187,19 1116.­ INGENIERO. CIENCIAS FISICAS 187,19 1117.­INGENIERO. ELECTRONICA 187,19 1118.­ LDO. FILOSOFIA Y LETRAS 187,19 1119.­ INTENDENTE MERCANTIL 187,19 1120.­INGENIERO AGRONOMO 187,19 1302.­ INGENIERO. CIENCIAS GEOLOGO 187,19 1312.­ INGENIERO. PROGRAMACIÓN Y REDES 187,19 1313.­ INGENIERO TELECOMUNICACION 187,19 1314.­ INGENIERO. CIENCIAS MATEMATICAS 187,19 1315.­ INGENIERO CIENCIAS BIOLOGICAS 187,19 188,40 188,40 183,75 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 183,75 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 188,40 Dedos. Dedo pulgar. Esta compuesto de aluminio forjado 2024­T4 el cual tiene un costo estimado de $59 por kilogramo, del cual necesitamos una placa de 0.3kg y solo se ocupó el 30% por lo tanto el costo del dedo fue de $5.4 por material efectivo. Dedo Índice. Esta compuesto de aluminio forjado 2024­T4 el cual tiene un costo estimado de $59 por kilogramo, del cual necesitamos una placa de 0.3kg y solo se ocupó el 30% por lo tanto el costo del dedo fue de $6.2 por material efectivo. 145 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Dedo medio. Esta compuesto de aluminio forjado 2024­T4 el cual tiene un costo estimado de $59 por kilogramo, del cual necesitamos una placa de 0.3kg y solo se ocupó el 30% por lo tanto el costo del dedo fue de $6.8 por material efectivo. Dedo anular. Esta compuesto de aluminio forjado 2024­T4 el cual tiene un costo estimado de $59 por kilogramo, del cual necesitamos una placa de 0.3kg y solo se ocupó el 30% por lo tanto el costo del dedo fue de $6.2 por material efectivo. Dedo meñique. Esta compuesto de aluminio forjado 2024­T4 el cual tiene un costo estimado de $59 por kilogramo, del cual necesitamos una placa de 0.3kg y solo se ocupó el 30% por lo tanto el costo del dedo fue de $5.6por material efectivo. Estructura del brazo y antebrazo. Estructura del brazo. La cual esta formada por dos placas de aluminio rectangulares, que se sujetan a una placa cilíndrica. Para maquinar las dos placas de aluminio con las medidas correspondientes (especificadas en el dibujo) se necesito una barra de solera de aluminio forjado 2024­T4 de 6.4x76.2x900mm, según la cotización es de $72.94, en cuanto al tejo se compraron 4 pulgadas de largo por 2 ¾ pulgadas de diámetro con un costo de $62 por kilogramo del cual se ocuparon dos pulgadas de la longitud total teniendo un costo neto de $27. Estructura del antebrazo. Esta formada por dos barras rectangulares que se comunican al brazo por un extremo (superior) y con una placa cilíndrica por su otro extremo (inferior). La placa circular se conectan a otra barra circular (eje de aluminio) a través de una cuerda, la cual sostiene y comunica el antebrazo con la mano, para el maquinado se utilizo el tejo de 2 pulgadas de longitud por 2 ¾ pulgadas de diámetro restante, de la barra de solera se cortaron las barras y se compró una barra maciza cilíndrica de aluminio 2024­T4 ½ de pulgada de diámetro por 30 pulgadas de longitud con un precio de $42.5. Chicote de acero. Se compró un chicote de acero de 6 hilos con un espesor de 1/16 pulgada por 60 pulgadas de longitud, del cual solo ocupamos 2 ¾ pulgada, el costo total del chicote fue de $4. Baleros Axiales. Se necesitaron 2 baleros axiales con un diámetro interior de 20mm y 25mm de diámetro exterior, estos baleros se cotizaron con la marca Timken los cuales tuvieron un costo aproximado de $22.5 por unidad. 146 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Baleros Radiales. Con la misma marca Timken se compraron 6 baleros radiales, 4 de estos con ¼ de pulgada de diámetro interior y 3/8 pulgada de diámetro exterior los cuales tuvieron un costo neto de $25 por unidad, los dos baleros restantes fueron de 5/16 pulgada de diámetro interior por ½ pulgada de diámetro exterior los cuales tuvieron un costo neto de $30 por unidad. Tornillos, seguros, remaches. Se estima un costo general de todos estos componentes en $188, incluyendo opresores, tuercas, rondanas, machuelos, coples, lijas, ceguetas, etc. TIPO DE PIEZA PRECIO UNITARIO (en pesos) 59 /Kg. 59/Kg. 4 80 27 22.5 30 1 1 2.5 .5 4 12.5 .5 10 32 7 4 Solera de aluminio Barra circular de aluminio Chicote Resorte Tejos de aluminio Baleros Axiales Baleros Radiales Tornillos Opresores Tornillos allen Seguros tipo omega Remaches Horquilla Rondanas Tuercas Ceguetas Machuelos Lijas Coples NUMERO DE PIEZAS 0.6kg. 0.6kg. 1 1 2 2 6 10 12 4 6 1 2 3 3 2 3 2 $622.3 Total Componentes electrónicos El estimado general de los componentes electrónicos que conforman la parte del control, que es la parte inteligente de la prótesis, aproximadamente es de $9000 sin tomar en cuenta el diseño ni la mano de obra para armarlo. 147 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica A continuación se dará una lista de los componentes electrónicos empleados en el diseño de esta prótesis mioeléctrica: TIPO DE PIEZA PRECIO UNITARIO (en pesos) 7 8 300 1 30 40 1100 30 120 5 120 180 800 5 Amplificadores operacionales LM374 Sensores de Limite Manufactura de Tarjeta fenolica Resistencias (varias) Alambres de conexión Botones (switchs) Micro Motor Inversor L293D Helipots (resistencias de precisión) Transistores (BC 558) Sensores (galgas extensiométricas) Electrodos Batería de Litio Transistores Total NUMERO DE PIEZAS 2 4 3 10 2 3 3 3 3 1 1 9 3 6 $9,061 Baterías de Litio Estas baterías tienen la capacidad de dar 12v de DC a una corriente de 0.3 amperes las cuales tienen un tiempo efectivo de 12 horas, su precio se estima que va de los $750 hasta $1200 aproximadamente, dependerá del fabricante. Electrodos y pasta conductora Los electrodo utilizados son electrodos de copa, los cuales están hechos de filamento de oro lo cual permite la obtención de una señal pura, su precio se cotizó con la marca TECA y la caja con 10 electrodos es de $1800, el numero de electrodos empleados en la prótesis mioeléctrica será de 9 electrodos. La pasta conductora es un accesorio utilizado para reducir la impedancia entre el electrodo y el paciente por lo que es de suma importancia para aclarar la señal y su costo es de $125 en una presentación de 4 onzas. 148 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Chaleco Es el accesorio encargado de brindar un mayor soporte al peso de la prótesis, también ofrece mayor confort al paciente. Y en este caso es el encargado de llevar los electrodos en su interior, su intervención en una prótesis mioeléctrica es de suma importancia, el material que lo compone puede variar según el caso, regularmente en su interior lleva un recubrimiento acolchonado, y una pequeña salida de aire (válvula) la cual expulsa el aire cuando se introduce el muñón permitiendo que este sea succionado y tenga mejor fijación. Su colocación consiste en un juego de cinturones que abrazan la espalda y el pecho del paciente. Su costo promedio es de $1700 por el tipo de diseño (ortopédico). Cubierta de Polipropileno Se considero el polipropileno ya que es un material maleable además de contar con la rigidez y resistencia necesaria para dar el aspecto anatómico requerido y para cubrir la parte mecánica de la prótesis, un inconveniente de trabajar con este material es que su fabricación requiere de personal calificado, por lo que recurrimos a un especialista en cirugía plástica. El costo del polipropileno dependerá de la cantidad utilizada y la forma deseada por lo que es un material con un alto costo de fabricación, el costo estimado para el forro de la prótesis es aproximadamente de $1600 este costo incluye el brazo y antebrazo. En este caso omitiremos el costo ya que será donado por el Centro de Cirugía Especial de México, IAP Piel (recubrimiento de silicón) Esta representa el acabado final y la parte estética de la prótesis ya que ésta brindará autenticidad a la extremidad del paciente, creemos que es la parte más importante después del mecanismo que da los movimientos a nuestra prótesis, ya que el grado de aceptación del paciente dependerá de la textura y la apariencia real con la que cuente. Su costo normalmente se aproxima al de una cirugía plástica para la reconstrucción de algún miembro facial. Este costo será omitido ya que el CCEM, IAP donará la piel para este proyecto, lo cual demuestra su interés para la optimización del mismo. TIPO DE PIEZA PRECIO UNITARIO (en pesos) 125 1700 700 1200 3200 Pasta conductora Chaleco Socket de Poli carbonato Forro de Polipropileno Piel (silicón) Total NUMERO DE PIEZAS 1 1 1 1 1 $6925 149 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 5.MAQUINADO En este punto se analizará la cotización del maquinado de cuatro piezas de nuestro proyecto, que será necesario mandarlas a hacer en un taller mecánico ya que no contamos con un centro de maquinado propio y las cuales son: 1. 2. 3. 4. Dedos Flecha del antebrazo Resorte de alambre de piano Par de engranes cónicos Dedos. Dedo Pulgar. El dedo pulgar se maquinó en aluminio con la ayuda de la fresadora y el costo aproximado por maquinar este dedo fue de $140 y el tiempo estimado por dedo es de 30 minutos h­m aproximadamente, las dimensiones de la placa para obtener éste fueron de 4 x 5 ½ x1/8 pulgadas. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $84 Dedo Índice. Para el maquinado del dedo índice se necesito una placa de 4 x 5 5/16 x 1/8 pulgadas, lo cual resulto un costo de $143 y el tiempo requerido fue de 35 minutos h­m. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $86 Dedo Medio. Para maquinar el dedo medio se necesito una placa de 4 x 5 ¾ x 1/8 pulgadas, y resulto un costo de fresado de $146 y el tiempo requerido fue de 38 minutos h­m. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $88 Dedo Anular. Para el maquinado del dedo anular se necesito una placa de 4 x 5 ¼ x 1/8 pulgadas, lo cual resulto un costo de $143 y el tiempo requerido fue de 35 minutos h­m. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $86 150 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Dedo Meñique. Para el maquinado del dedo meñique se necesito una placa de 4 x 5 1/16 x 1/8 pulgadas, lo cual resulto un costo de $140 y el tiempo requerido fue de 30 minutos h­m. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $84 Flecha del antebrazo Para el maquinado de esta pieza fue necesario involucrar la maquina fresadora y el torno, por lo que el costo se incrementara en un 15% de su valor comercial. El cual consta de $150 por el fresado y $120 torneado por lo que el costo total del antebrazo con dos cuerdas en sus extremos fue de $270. El costo del diseño y dibujo técnico de esta pieza fue de $81 Resorte de alambre de piano. Para la adquisición del resorte calculado se tuvo que mandar a hacer ya que los que encontramos en el mercado no contaban con las dimensiones especificadas en el dibujo, se tomaron en cuenta dos cotizaciones una fue de $80 y la otra de $95, por lo que optamos por la más económica ya que no presentaba diferencias a las especificaciones requeridas según el diseño. El costo de su diseño y dibujo técnico es de $48 y el tiempo de entrega es de un día Par de engranes cónicos Estos elementos mecánicos se tuvieron que mandar a hacer forzosamente, debido que es necesario cumplir con las especificaciones del diseño, como son: número de dientes, paso diametral, diámetro interior. Para esto se busco un fabricante para que realizara estos engranes con las especificaciones necesarias, el costo de estos engranes es un poco alto debido al alto costo de la generadora de engranes para las dimensiones del dibujo. El costo del par de engranes fue de $750, sin tratamiento térmico, cabe recalcar que el tratamiento térmico no es necesario en la aplicación de estos en el proyecto. El costo de su diseño y dibujo técnico es de $230 y el tiempo de entrega es de 2 días. 151 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 6.VERIFICACIÓN E INSPECCIÓN. La Calidad satisfactoria del producto y servicio va de la mano con costos satisfactorios de calidad y servicio. Unos de los obstáculos principales para el establecimiento de un programa más dinámico de calidad en los años anteriores era la noción equivocada de que el logro de una mejor calidad requiere de costo mucho más altos. Nada hubiera podido estar más lejos de la verdad en la experiencia industrial. El Fabricar para un Ingeniero y su Organización es consumir o transformar insumos para la producción de bienes o servicios. La fabricación es un proceso de transformación que demanda un conjunto de bienes y prestaciones, denominados elementos, y son las partes con las que se elabora un producto o servicio. Al mandar maquinar las piezas que se desean, se pidió al operador que verificara el control de calidad de la pieza y respetara las tolerancias indicadas y especificadas en el dibujo de éstas, ya que al hacer esto se cuenta con una información que avala la calidad del trabajo realizado por el taller. Si estas tolerancias no son respetadas el trabajo no servirá y tendremos que rechazarlo, ya que los problemas vendrán en la etapa de ensamblaje. La inspección se llevara a cabo con un vernier digital ya que éste cuenta con un rango mínimo de 0.00001” el cual nos brinda gran precisión y por lo tanto confiabilidad en la medición de las piezas. No siempre es bueno confiar en el operador de las maquinas donde hemos mandado a maquinar las piezas y por lo que es necesario mandar las piezas a un laboratorio de metrología donde inspeccionarán pieza por pieza minuciosamente y donde los resultados obtenidos podrán ser confiables en un 95 %. El costo de inspección de pieza varía y depende del instrumento de medición utilizado para la verificación de dichas piezas. Existen infinidad de instrumentos como son: el vernier digital, calibrador de bolas, microscopio de taller, micrómetro digital, etc. Los cuales poseen una tecnología que hace que sean sumamente confiables en los resultados que arrojan. En las piezas las cuales hemos decidido mandar a maquinar, hemos estimado el costo de la verificación e inspección en un laboratorio de metrología, el cual esta encargado de realizar las pruebas correspondientes a cada pieza y entregarnos un informe detallado de las dimensiones de la pieza. 152 CONCLUSIONES. Concluimos que por medio de este proyecto logramos satisfacer las necesidades de las personas con discapacidad tanto económicamente como emocionalmente. Gracias a este prototipo se logra comprender la dificultad que tiene una persona discapacitada para realizar labores tanto en la industria como personales. Por medio de este proyecto se logra un mayor apoyo hacia estas personas. Con este proyecto aplicamos los conocimientos adquiridos durante toda la carrera de ingeniería de robótica industrial, así también adquirimos conocimientos de otra área que no es precisamente la nuestra, y aprendimos que en la vida laboral no solo debemos encerrarnos en nuestros conocimientos, para entrelazar el conocimiento y emplearlo en crear tecnología. ANEXOS Spur Gearheads Zero Backlash 2.12 oz-in 1) For combination with: DC-Micromotors: 0816 Stepper motors: AM 0820, AM 1020 Series 08/3 08/3 metal metal Housing material Geartrain material Recommended max. input speed for: – continuous operation Backlash, when preloaded with the DC-Micromotor 1) Bearings on output shaft Shaft load, max.: – radial (4.5 mm (0.177 in) from mounting face) – axial Shaft press fit force, max. Shaft play (on bearing output): – radial – axial Operating temperature range 8,000 rpm 0° ball bearings ≤ ≤ ≤ 18.0 oz 10.8 oz 18.0 oz ≤ 0.0008 in ≤ 0.002 in – 30 to + 100 °C (– 22 to + 212 °F) Specifications 120 279 650 1,518 1) oz 0.159 0.173 0.187 0.201 :1 :1 :1 :1 These gearboxes are available preloaded to zero backlash with motors factory assembled only. 2) length without motor L2 mm (in) 18.8 (0.740) 20.6 (0.811) 22.4 (0.882) 24.2 (0.953) output torque length with direction continuous intermittent motor operation operation of rotation 0816 D (reversible) 2) L1 M max. M max. mm (in) oz-in oz-in 34.8 (1.37) 2.12 3.54 = 36.6 (1.44) 2.12 3.54 ≠ 38.4 (1.51) 2.12 3.54 = 40.2 (1.58) 2.12 3.54 ≠ Direction of rotation shown is with respect to motor shaft. All gearheads are bi-directional. MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME1103 weight without motor reduction ratio DC-Micromotors 0.021 oz-in Precious Metal Commutation For combination with: Gearheads: 08/1, 08/2, 08/3 Encoders: 05A, 05AB 0816 N UN R P2 max. 003 S 3 11.5 0.17 52 006 S 6 47.0 0.16 51 008 S 8 75.7 0.18 50 Volt Ω W % 15,700 0.021 0.058 0.006 15,800 0.011 0.057 0.006 17,100 0.009 0.057 0.006 rpm A oz-in oz-in kn kE kM kI 5,617 0.178 0.241 4.154 2,851 0.351 0.474 2.108 2,329 0.429 0.581 1.722 rpm/V mV/rpm oz-in/A A/oz-in ∆n/∆M L 270,690 47 12 4.248 ⋅ 10 –7 138 277,193 195 13 4.248 ⋅ 10 –7 132 300,000 310 14 4.248 ⋅ 10 –7 133 rpm/oz-in µH ms oz-in-sec2 ⋅103rad/s2 1 2 3 4 Nominal voltage Terminal resistance Output power Efficiency 5 6 7 8 No-load speed No-load current (with shaft ø 0.04 in) Stall torque Friction torque no Io MH MR 9 10 11 12 Speed constant Back-EMF constant Torque constant Current constant 13 14 15 16 17 Slope of n-M curve Rotor inductance Mechanical time constant Rotor inertia Angular acceleration 18 Thermal resistance 19 Thermal time constant 20 Operating temperature range: – motor – rotor, max. permissible ± 12% η max. ± 12% ± 50% τm J α max. Rth 1 / Rth 2 τ w1 / τ w2 30 / 61 2.9 / 207 ºC/W s −30 to +85 (−22 to +185) +85 (+185) ºC (ºF) ºC (ºF) 21 Shaft bearings 22 Shaft load max.: – with shaft diameter – radial at 3,000 rpm (0.06 in from bearing) – axial at 3,000 rpm – axial at standstill 23 Shaft play: – radial ≤ – axial ≤ sintered bronze sleeves 24 Housing material 25 Weight 26 Direction of rotation Recommended values 27 Speed up to 28 Torque up to 29 Current up to (thermal limits) ne max. Me max. Ie max. 0.0394 1.80 0.36 72 in oz oz oz 0.0012 0.0079 in in steel, nickel plated 0.12 clockwise, viewed from the front face oz 13,000 0.021 0.211 13,000 0.021 0.103 13,000 0.021 0.085 rpm oz-in A MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME0104 Series 0816 ... S 28.32 oz-in Hybrid Gearheads For combination with: DC-Micromotors: 1516, 1516 SR, 1524, 1524 SR Series 15/4 See beginning of the Gearhead Section for Ordering Information 15/4 plastic metal/plastic Housing material Geartrain material Recommended max. input speed for: – continuous operation Backlash, at no-load Bearings on output shaft Shaft load, max.: – radial (4.7 mm (0.185 in) from mounting face) – axial Shaft press fit force, max. Shaft play (on bearing output): – radial – axial Operating temperature range 5,000 rpm ≤ 3° preloaded ball bearings ≤ 36 oz ≤ 18 oz ≤ 108 oz ≤ 0.0008 in = 0 in – 30 to +85 °C (– 22 to +185 °F) Specifications 12 .3 : 1 22 .8 : 1 42 .3 : 1 78 .5 : 1 146 : 1 270 : 1 502 : 1 931 : 1 1,730 : 1 3,208 : 1 weight without motor oz 0.35 0.35 0.39 0.39 0.42 0.42 0.46 0.46 0.49 0.49 length without motor L2 mm (in) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) length with motor 1516 E L1 mm (in) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 47.4 (1.87) 50.6 (1.99) 50.6 (1.99) 52.7 (2.07) 52.7 (2.07) 54.8 (2.16) 54.8 (2.16) 1524 E L1 mm (in) 50.5 (1.99) 51.8 (2.04) 55.2 (2.17) 55.2 (2.17) 58.6 (2.31) 58.6 (2.31) 60.7 (2.39) 60.7 (2.39) 62.8 (2.47) 62.8 (2.47) output torque continuous intermittent direction efficiency operation operation of rotation (reversible) M max. M max. oz-in oz-in % 28.32 42.48 ≠ 80 28.32 42.48 = 75 28.32 42.48 ≠ 70 28.32 42.48 ≠ 70 28.32 42.48 = 65 28.32 42.48 = 65 28.32 42.48 ≠ 60 28.32 42.48 ≠ 60 28.32 42.48 = 55 28.32 42.48 = 55 Note: Reduction ratios have been rounded off. Exact values are available upon request. MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME0402 reduction ratio (nominal) DC-Micromotors 0.071 oz-in Precious Metal Commutation For combination with: Gearheads: 15/3, 15/4, 15/5, 16A Encoders: HE Series 1516 ... S 1.5 S 1.5 1.25 0.42 68 002 S 2 3.24 0.28 62 4.5 S 4.5 15.0 0.30 63 006 S 6 30.4 0.26 60 012 S 12 117 0.27 61 Volt Ω W % 15,300 0.044 0.147 0.006 15,400 0.034 0.096 0.006 15,500 0.015 0.106 0.006 16,100 0.012 0.088 0.006 16,200 0.006 0.091 0.006 rpm A oz-in oz-in kn kE kM kI 10,600 0.094 0.127 7.847 8,150 0.123 0.166 6.036 3,630 0.276 0.372 2.685 2,860 0.350 0.473 2.114 1,430 0.697 0.943 1.060 rpm/V mV/rpm oz-in/A A/oz-in ∆n/∆M L 104,082 17 39 3.540 ⋅ 10-6 41 160,417 28 45 2.691 ⋅ 10-6 36 146,226 150 56 3.682 ⋅ 10-6 29 182,955 230 56 2.974 ⋅ 10-6 30 178,022 950 60 3.257 ⋅ 10-6 28 rpm/oz-in µH ms oz-in-sec2 ⋅103rad/s2 Nominal voltage Terminal resistance Output power Efficiency 5 6 7 8 No-load speed No-load current (with shaft ø 0.03 in) Stall torque Friction torque no Io MH MR 9 10 11 12 Speed constant Back-EMF constant Torque constant Current constant 13 14 15 16 17 Slope of n-M curve Rotor inductance Mechanical time constant Rotor inertia Angular acceleration ± 12% η max. ± 12% ± 50% τm J α max. 18 Thermal resistance Rth 1 / Rth 2 19 Thermal time constant τ w1 / τ w2 20 Operating temperature range: – motor – rotor, max. permissible Note: Special operating temperature models for 21 Shaft bearings 22 Shaft load max.: – with shaft diameter – radial at 3,000 rpm (0.12 in from bearing) – axial at 3,000 rpm – axial at standstill 23 Shaft play: – radial ≤ – axial ≤ 8 / 45 2.0 / 200 ºC/W s – 30 to +65 (–22 to +149) +65 (+149) –55ºC to +125ºC (– 67ºF to +257ºF) available on request. sintered bronze sleeves ball bearings ball bearings, preloaded (standard) (optional) (optional) 0.0315 0.0591 0.0591 1.80 18 18 0.36 1.8 1.8 72 36 36 °C (ºF) °C (ºF) 0.0012 0.0079 in in 24 Housing material 25 Weight 26 Direction of rotation steel, zinc galvanized and passivated 0.35 clockwise, viewed from the front face Recommended values 27 Speed up to 28 Torque up to 1) 29 Current up to (thermal limits) 1) ne max. Me max. Ie max. 0.0006 0.0079 12,000 0.071 0.730 12,000 0.071 0.450 0.0006 0 12,000 0.071 0.210 in oz oz oz oz 12,000 0.071 0.150 12,000 0.071 0.075 rpm oz-in A Only with option + 257°F MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME0104 1516 E UN R P2 max. 1 2 3 4 DC-Micromotors 0.566 oz-in Precious Metal Commutation For combination with: Gearheads: 23/1, 30/1, 32PG, 38/3 Encoders: HE, 5500, 5540 Series 2338 ... S 006 S 6 2.6 3.23 69 009 S 9 5.7 3.29 67 012 S 12 10.0 3.31 66 018 S 18 23.5 3.18 67 024 S 24 38.0 3.50 67 Volt Ω W % 7,200 0.100 2.55 0.082 7,200 0.080 2.42 0.086 7,400 0.060 2.41 0.095 7,800 0.050 2.29 0.099 7,400 0.030 2.32 0.095 7,600 0.025 2.49 0.102 rpm A oz-in oz-in kn kE kM kI 1,650 0.606 0.818 1.222 1,240 0.804 1.088 0.919 855 1.170 1.586 0.630 678 1.470 1.997 0.501 428 2.340 3.158 0.317 330 3.030 4.107 0.244 rpm/V mV/rpm oz-in/A A/oz-in ∆n/∆M L 2,824 100 20 6.797 ⋅ 10-5 38 2,975 180 17 5.523 ⋅ 10-5 44 3,071 380 17 5.240 ⋅ 10-5 46 3,406 630 17 4.815 ⋅ 10-5 48 3,190 1,400 17 5.098 ⋅ 10-5 46 3,052 2,600 17 5.381 ⋅ 10-5 47 rpm/oz-in µH ms oz-in-sec2 ⋅103rad/s2 Nominal voltage Terminal resistance Output power Efficiency 5 6 7 8 No-load speed No-load current (with shaft ø 0.12 in) Stall torque Friction torque no Io MH MR 9 10 11 12 Speed constant Back-EMF constant Torque constant Current constant 13 14 15 16 17 Slope of n-M curve Rotor inductance Mechanical time constant Rotor inertia Angular acceleration η max. ± 12% ± 50% τm J α max. 4.5 S 4.5 1.4 3.39 70 Rth 1 / Rth 2 18 Thermal resistance τ w1 / τ w2 19 Thermal time constant 20 Operating temperature range: – motor – rotor, max. permissible Note: Special operating temperature models for 21 Shaft bearings 22 Shaft load max.: – with shaft diameter – radial at 3,000 rpm (0.12 in from bearing) – axial at 3,000 rpm – axial at standstill 23 Shaft play: ≤ – radial ≤ – axial 3 / 24 5.7 / 645 ºC/W s – 30 to +85 (– 22 to +185) +125 (+257) –55ºC to +125ºC (– 67ºF to +257ºF) available on request. sintered bronze sleeves ball bearings ball bearings, preloaded (standard) (optional) (optional) 0.1181 0.1181 0.1181 9 72 72 1.08 7.2 7.2 72 72 72 ºC (°F) ºC (°F) 0.0012 0.0079 in in 24 Housing material 25 Weight 26 Direction of rotation steel, zinc galvanized and passivated 2.47 clockwise, viewed from the front face Recommended values 27 Speed up to 28 Torque up to 29 Current up to (thermal limits) ne max. Me max. Ie max. 6,000 0.566 1.380 0.0006 0.0079 6,000 0.566 1.000 6,000 0.566 0.680 0.0006 0 6,000 0.566 0.510 in oz oz oz oz 6,000 0.566 0.330 6,000 0.566 0.260 rpm oz-in A MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME0104 2338 S UN R ± 12% P2 max. 1 2 3 4 40 lb-in Planetary Gearheads For combination with: DC-Micromotors: 2338, 2342, 2642, 2657, 3557 Brushless DC-Servomotors: 2444, 3056, 3564 DC-Motor-Tacho Combinations: 2342 Series 30/1 30/1 metal steel 1) Housing material Geartrain material Recommended max. input speed for: – continuous operation Backlash, at no-load Bearings on output shaft Shaft load, max.: – radial (15 mm (0.591 in) from mounting face) – axial Shaft press fit force, max. Shaft play (on bearing output): – radial – axial Operating temperature range 4,000 ≤ 1º ball bearings ≤ 34 lb ≤ 34 lb ≤ 45 lb ≤ 0.0006 in = 0.006 in – 30 to +100 ºC (–22 to +212 ºF) Specifications 3 .71 : 1 14 :1 43 :1 66 :1 134 :1 159 :1 246 :1 415 :1 592 :1 989 :1 1,526 :1 1) oz 3.8 4.9 6.0 6.0 7.2 7.2 7.2 8.3 8.3 8.3 8.3 length without motor L2 mm (in) 27.1 (1.07) 35.1 (1.38) 43.1 (1.70) 43.1 (1.70) 51.2 (2.02) 51.2 (2.02) 51.2 (2.02) 59.2 (2.33) 59.2 (2.33) 59.2 (2.33) 59.2 (2.33) length with motor 2342 S 3056 K 2657 W 2642 W 3557 W output torque continuous intermittent direction efficiency operation operation of rotation (reversible) L1 L1 L1 L1 L1 M max. M max. mm (in) mm (in) mm (in) mm (in) mm (in) lb-in lb-in % 71.1 (2.80) 69.1 (2.72) 84.5 (3.33) 85.5 (3.37) 92.5 (3.64) 13 27 = 88 79.1 (3.11) 77.1 (3.04) 92.5 (3.64) 93.5 (3.68) 100.5 (3.96) 3 (40) 4 (53) = 80 87.1 (3.43) 85.1 (3.35) 100.6 (3.96) 101.6 (4.00) 108.6 (4.28) 11 (40) 14 (53) = 70 87.1 (3.43) 85.1 (3.35) 100.6 (3.96) 101.6 (4.00) 108.6 (4.28) 16 (40) 21 (53) = 70 95.2 (3.75) 93.2 (3.67) 108.6 (4.28) 109.6 (4.31) 116.6 (4.59) 31 (40) 40 (53) = 60 95.2 (3.75) 93.2 (3.67) 108.6 (4.28) 109.6 (4.31) 116.6 (4.59) 40 (40) 53 (53) = 60 95.2 (3.75) 93.2 (3.67) 108.6 (4.28) 109.6 (4.31) 116.6 (4.59) 40 (40) 53 (53) = 60 103.2 (4.06) 101.2 (3.98) 116.6 (4.59) 117.6 (4.63) 124.6 (4.91) 40 (40) 53 (53) = 55 103.2 (4.06) 101.2 (3.98) 116.6 (4.59) 117.6 (4.63) 124.6 (4.91) 40 (40) 53 (53) = 55 103.2 (4.06) 101.2 (3.98) 116.6 (4.59) 117.6 (4.63) 124.6 (4.91) 40 (40) 53 (53) = 55 103.2 (4.06) 101.2 (3.98) 116.6 (4.59) 117.6 (4.63) 124.6 (4.91) 40 (40) 53 (53) = 55 2444 S 3564 K Gearheads with ratio ≥ 14:1 have plastic gears in the input stage. For extended life performance, the gearheads are available with all steel gears and heavy duty lubricant as type 30/1 S. • ( ) add 1.4 mm (0.055 in) to L2 column to account for larger mounting flange. • The values for the torque rating indicated in parenthesis, are for gearheads, type 30/1 S with all steel gears. * Note: Reduction ratios have been rounded off. Exact values are available upon request. MicroMo Electronics, Inc. · 14881 Evergreen Avenue · Clearwater · FL 33762-3008 · Toll-Free: (800) 807-9166 · Fax: (727) 573-5918 · [email protected] · www.micromo.com For notes on technical data refer to “Technical Information“. Specifications subject to change without notice. MME0604 reduction ratio weight (nominal) without motor BIBLIOGRAFIA RESISTENCIA DE MATERIALES RILLEY, STURGES TERCERA EDICIÓN 1997 http://www.ottobock.com/en ABC DE LA COMPUTACION ELECTRONICA, EL AUTOR: HERNANDEZ JIMENEZ RICARDO EDITORIAL: LIMUSA S.A. DE C.V. EDITORIAL PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1990 APRENDIENDO ALGEBRA CON HOJ AS ELECTRONICAS DE CALCULO AUTOR: ROJANO TERESA Y URSINI SONIA EDITORIAL: GPO ED IBEROAMERICANA (ME) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1998 COMPENSACION DE POTENCIA REACTIVA SIST. ELECTRONICO AUTOR: YEMBRA MORON JUAN ANTONIO EDITORIAL: MC GRAW HILL DE MEXICO PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1986 CONTROL ROBOTICO AUTOR: TAYLOR PM. EDITORIAL: EDC CEAC (ME) PRESENTACIÓN: TELA AÑO DE EDICIÓN: 1992 CURSO BASICO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA AUTOR: CLIFFORD MARTIN EDITORIAL: ED CONCEPTO PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1986 DIAGRAMAS ELECTRICOS AUTOR: PACHECO HECTOR V. EDITORIAL: AUTOR EDITOR (ME) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1983 DISEÑO DE CIRCUITOS EN TRANSISTORES AUTOR: REYEZ SANCHEZ MARCO ANTONIO EDITORIAL: LIMUSA S.A. DE C.V. EDITORIAL PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1991 DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES UN ENFOQUE INTEGRADO AUTOR: VYEMURA JOHN P EDITORIAL: INTERNAL. THOMSON EDRS. S.A. DE C.V. PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 2000 DISEÑO LOGICO DE CIRCUITOS AUTOR: MARTINEZ ARTURO EDITORIAL: LIMUSA S.A. DE C.V. EDITORIAL PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1981 DISPOSITIVOS ELECTRICOS Y AMPLIFICACION DE SEÑAL AUTOR: SEDRA ADEL. S. EDITORIAL: MC GRAW HILL DE MEXICO PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1993 DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRONICOS AUTOR: BAPAT EDITORIAL: MC GRAW HILL DE MEXICO PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1981 ELECTRONICA ANALOGICA, ANALISIS DE CIRCUITOS AUTOR: CUESTA GARCIA LUIS MIGUEL EDITORIAL: MC GRAW HILL/INTERNA (MEDICINA) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1991 ANATOMIA AUTOR: PEÑARANDA VALVERDE GERARDO EDITORIAL: ED PANAMERICANA (AR) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1996 ANATOMIA DENTAL FISIOLOGIA Y OCLUSION DE WHEELER AUTOR: ASH MAJOR M. EDITORIAL: MC GRAW HILL/INTERA (MEDICINA) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1994 ANATOMIA DESCRIPTIVA AUTOR: FORT J. A. EDITORIAL: ED GUSTAVO GILI D MEXICO (ME) PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1994 ANATOMIA HUMANA 1­3 AUTOR: QUIROZ GUTIERREZ, FERNANDO EDITORIAL: ED PORRUA (ME) PRESENTACIÓN: TELA AÑO DE EDICIÓN: 2002 ELEMENTOS DE RESISTENCIA DE MATERIALES AUTOR: TIMOSHENKO, STEPHRN P. EDITORIAL: LIMUSA S.A. DE C.V. PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 2004 RESISTENCIA DE MATERIALES APLICADA AUTOR: MOTT ROBERT L. EDITORIAL: PRENTICE HALL/PEARSON PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1997 RESISTENCIA DE MATERIALES AUTOR: DIAZ AGUILAR JORGE IVAN EDITORIAL: LIMUSA S.A. DE C.V. EDITORIAL PRESENTACIÓN: RUSTICA AÑO DE EDICIÓN: 1997