Desarrollo de una prótesis de mano autónoma con control mioeléctrico para agarre cilíndrico e impresión 3D, operada mediante señales de electromiografía, dirigida a personas con amputación de muñeca en Colombia
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El trabajo presenta el diseño y la simulación de una prótesis de mano mioeléctrica de bajo costo, enfocada en el agarre cilíndrico como alternativa accesible a soluciones comerciales. Desde una perspectiva de ingeniería mecánica aplicada, se integran principios de diseño mecatrónico, manufactura aditiva y adquisición de señales electromiográficas superficiales (sEMG) para desarrollar un dispositivo funcional, reproducible y económicamente viable. La metodología sigue un proceso secuencial de diseño de ingeniería, iniciando con la definición de requisitos funcionales, geométricos y estructurales basados en criterios antropométricos de adultos promedio. A partir de estos, se desarrolló un modelo CAD completo con una arquitectura de accionamiento directo mediante servomotores, eliminando sistemas de transmisión por tendones, lo que simplifica la cinemática, el ensamblaje y el mantenimiento. Se seleccionaron materiales priorizando resistencia, peso, facilidad de fabricación y costo. La validación estructural se realizó mediante simulaciones por elementos finitos bajo cargas propias del agarre funcional, evidenciando tensiones y deformaciones dentro de límites admisibles. Asimismo, se simuló el movimiento de los dedos para verificar la transmisión de fuerzas y el rango de operación. Finalmente, se evaluó el consumo energético del sistema, confirmando la viabilidad de su alimentación eléctrica. En conjunto, los resultados demuestran que el diseño cumple los objetivos planteados y sienta bases sólidas para su fabricación y validación experimental futura.
Abstract
This work presents the design and simulation of a low-cost myoelectric hand prosthesis focused on cylindrical grasping as an accessible alternative to existing commercial solutions. From an applied mechanical engineering perspective, the project integrates mechatronic design principles, additive manufacturing, and surface electromyographic (sEMG) signal acquisition to develop a functional, reproducible, and economically viable device. The methodology follows a sequential engineering design process, beginning with the definition of functional, geometric, and structural requirements based on anthropometric criteria of an average adult population. Based on these requirements, a complete CAD model of the prosthesis was developed, incorporating a direct actuation architecture using servomotors and eliminating tendon-driven transmission systems. This approach simplifies system kinematics, assembly, and maintenance. Material selection prioritized mechanical strength, low weight, manufacturability, and cost efficiency. Structural validation was performed through finite element simulations under load scenarios associated with functional grasping, showing stresses and deformations within acceptable limits. Additionally, the cylindrical grasp motion was simulated to verify finger range of motion and force transmission. In parallel, the electrical performance of the system was estimated, determining energy consumption, required power, and the feasibility of an appropriate power supply. Overall, the results demonstrate that the proposed design meets the established objectives and provides a solid foundation for future fabrication and experimental validation.
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spa
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Millan Castro, G.D. (2025). Desarrollo de una prótesis de mano autónoma con control mioeléctrico para agarre cilíndrico e impresión 3D, operada mediante señales de electromiografía, dirigida a personas con amputación de muñeca en Colombia. [Trabajo de Grado, Universidad Santo Tomas]. Repositorio Institucional
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