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Trabajo de Final de Grado 
 
Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales 
 
 
 
 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano 
 
 
 
 
MEMORIA 
 
 
 
 
 
 
 
 Autor: Jorge Arenas Moles 
 Director: Josep Maria Font Llagunes 
 Convocatoria: Febrer 2018 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escola Tècnica Superior 
d’Enginyeria Industrial de Barcelona 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 1 
 
 
Resumen 
La mano humana es uno de los subsistemas locomotores más complejos del cuerpo 
humano. Esto implica, para su comprensión e imitación, una dificultad añadida, aún 
más si se pretende una suplantación prostética de la misma. 
Para ello, el trabajo se divide en dos bloques altamente diferenciados. Empezando por 
el estado del arte, se realiza una incursión en el sector prostético de la mano, 
analizando las prótesis de última generación, tanto a nivel de mercado como en actual 
desarrollo en laboratorios de investigación. Junto con las necesidades de los propios 
usuarios del sistema, se realiza una revisión crítica de los dispositivos, remarcando 
aspectos a mejorar en ellos. 
Con estos datos, se procede a entender el funcionamiento biológico, anatómico y 
mecánico de la mano humana. La finalidad de este estudio reside en adquirir los 
conocimientos necesarios para, posteriormente, poder implementar en el diseño las 
características más esenciales de cada uno de estos campos. 
Obtenida una base de conocimientos suficiente para una comprensión en profundidad 
de la mano humana, se procede a desarrollar el segundo bloque, el diseño conceptual. 
Rigiéndose por las restricciones del método de fabricación y los criterios impuestos por 
el equipo proyectista, se fijan las variables geométricas que definen la morfología de la 
prótesis. Verificada su rigidez estructural mediante el método de los elementos finitos, 
se procede a la fabricación de una maqueta funcional. 
Como resultado del proyecto, se obtiene un diseño conceptual prostético, con una 
considerable imitación anatómica y cinemática de la mano humana. Concluyendo el 
trabajo, se medita acerca de los apartados tratados, y se invita a la reflexión acerca del 
trabajo futuro a realizar, contando con los recursos humanos, temporales y 
económicos necesarios para llevarlo a cabo. 
 
 
 
 
 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 2 
 
 
Sumario 
Resumen ..................................................................................................................... 1 
Sumario ....................................................................................................................... 2 
1. Introducción ............................................................................................................ 5 
1.1. Motivación del proyecto ...................................................................................... 5 
1.2. Objetivos y alcance ............................................................................................ 5 
2. Estado del arte ........................................................................................................ 7 
2.1. Estudio de mercado ........................................................................................... 7 
2.1.1. Michelangelo ................................................................................................ 7 
2.1.2. NEBIAS ....................................................................................................... 8 
2.1.3. BeBionic ...................................................................................................... 8 
2.1.4. I-limb ............................................................................................................ 9 
2.1.5. Prótesis con cámara incorporada ............................................................... 10 
2.1.6. Prótesis antropomórfica ............................................................................. 10 
2.1.7. La mano de Luke Skywalker ...................................................................... 11 
2.1.8. Prótesis con control en el pie ..................................................................... 12 
2.2. Usuarios y necesidades ................................................................................... 13 
2.3. Definición y crítica de prestaciones .................................................................. 13 
3. Fisiología y antropometría de la mano ................................................................ 17 
3.1. Estudio biológico y anatómico .......................................................................... 17 
3.1.1. Huesos de la mano .................................................................................... 17 
3.1.2. Articulaciones y grados de libertad de la mano .......................................... 18 
3.1.3. Grupos musculares .................................................................................... 19 
3.1.4. Ligamentos de la mano .............................................................................. 21 
3.1.5. Tendones de la mano ................................................................................ 23 
3.2. Estudio antropométrico ..................................................................................... 26 
4. Estudio cinemático y dinámico ............................................................................ 31 
4.1. Estudio cinemático ........................................................................................... 31 
4.1.1. Cinemática directa ..................................................................................... 31 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 3 
 
 
4.1.2. Cinemática inversa .................................................................................... 38 
4.2. Estudio dinámico .............................................................................................. 43 
5. Diseño conceptual ................................................................................................ 45 
5.1. Restricciones de fabricación ............................................................................. 45 
5.2. Criterios de diseño ........................................................................................... 46 
5.2.1. Falanges distales, falanges medias y falanges proximales de los dedos II-V
 ............................................................................................................................ 53 
5.2.2. Articulaciones metacarpofalángicas y trapeciometacarpiana ..................... 55 
5.2.3. Falange distal, falange proximal, metacarpo y articulación MCF del dedo I 56 
5.2.4. Complejo carpo-metacarpiano y articulación TMC ..................................... 58 
5.2.5. Articulación radiocarpiana y antebrazo ...................................................... 61 
5.2.6. Tendones, correderas y vainas tendinosas ................................................ 64 
5.3 Análisis estructural del diseño ........................................................................... 71 
5.3.1. Dimensiones del modelo ............................................................................ 72 
5.3.2. Material ...................................................................................................... 72 
5.3.3. Malla del sistema ....................................................................................... 73 
5.3.4. Condiciones de contorno ........................................................................... 74 
5.3.5. Casos de estudio ....................................................................................... 75 
5.3.6. Resultados del estudio ............................................................................... 78 
5.4. Fabricación de la prótesis ................................................................................. 79 
6. Presupuesto del proyecto ....................................................................................
81 
Conclusiones ............................................................................................................ 83 
Trabajo futuro ........................................................................................................... 83 
Agradecimientos ....................................................................................................... 86 
Índice de tablas ......................................................................................................... 87 
Índice de figuras ....................................................................................................... 88 
Bibliografía ................................................................................................................ 89 
Anexos....................................................................................................................... 92 
Anexo 1: Definición de los criterios a partir de las necesidades de los usuarios ...... 92 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 4 
 
 
Anexo 2: Crítica de prestaciones detalladas ............................................................ 93 
Anexo 3: Estudio biológico ...................................................................................... 95 
Anexo 4: Anatomía de la mano y del antebrazo .................................................... 104 
Anexo 5: Tablas antropométricas consultadas ...................................................... 118 
Anexo 6: Geometría utilizada para el cálculo de la cinemática directa................... 121 
Anexo 7: Visión isométrica de las diferentes piezas que conforman la prótesis 
diseñada ............................................................................................................... 122 
Anexo 8: Resultados de las simulaciones mediante el método de los elementos 
finitos..................................................................................................................... 124 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 5 
 
 
1. Introducción 
1.1. Motivación del proyecto 
El campo prostético ha sufrido una revolución tecnológica en los últimos años. La 
investigación mecánica del cuerpo humano, ha permitido crear diseños que se ajusten 
miméticamente al comportamiento del mismo. La curiosidad, intrínseca en nuestras 
mentes, refleja el interés mostrado en la búsqueda de una simbiosis entre el ser 
humano y la máquina. Desde grandes corporaciones privadas, a pequeños usuarios, 
indagan nuevos métodos y tecnologías para el desarrollo de las prótesis, buscando el 
equilibrio entre sofisticación y asequibilidad. 
El proyecto surge de la motivación de encontrar este equilibrio. Pretende ofrecer, de 
manera intuitiva y divulgativa, las herramientas necesarias para la creación de un 
diseño biomimético, adaptable a cada tipo de usuario. Mostrando el camino a seguir y 
los puntos clave a tratar, pretende incentivar la curiosidad humana, despertando el 
interés en este campo. Únicamente mostrando el potencial y la revolución que supone 
su desarrollo, se puede motivar a futuros investigadores y despertar las grandes 
mentes de nuestra época, para que marquen un antes y un después en la historia de 
la humanidad. 
1.2. Objetivos y alcance 
Hoy en día, la mano humana es una de las herramientas más sofisticadas jamás 
creadas por la propia naturaleza. La existencia en ella de un dedo pulgar, abre al ser 
humano una gran cantidad de acciones y movimientos que pueda realizar sin 
necesidad de ningún otro artefacto. 
 
Para la mayoría de los seres humanos, resulta bastante natural y ordinario su uso, 
tanto que ni nos percatamos de la importancia misma de su existencia. 
Desgraciadamente, ya sea por problemas en la formación del embrión o por 
accidentes durante el transcurso de su vida, muchas personas carecen de la 
posibilidad de disfrutar de todas las ventajas que ofrece el mero hecho de tener dos 
manos. 
 
Por ello, los objetivos del proyecto son conocer el estado del mercado actual, 
estimar las necesidades de los usuarios e investigar en profundidad las 
características intrínsecas de la mano humana para concluir con la construcción 
de una maqueta funcional a modo de diseño conceptual. 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 6 
 
 
Inicialmente se realiza una incursión en el mercado de las prótesis de mano, con el 
objetivo de conocer qué prestaciones ofrecen las prótesis actuales. Posteriormente, se 
realiza un estudio de los usuarios del sistema, conociendo así las necesidades de 
cada uno de ellos. Mediante ambos conceptos, se comparan las prestaciones con las 
necesidades y se valora en qué aspectos se deberían mejorar u optimizar. 
 
Seguidamente, se procede a conocer en profundidad los parámetros biológicos, 
anatómicos, antropomórficos y biomecánicos de la mano humana, para así concluir 
con el estado del arte de la materia. 
 
Para finalizar, se hace un diseño de acuerdo al conocimiento adquirido para acabar 
construyendo una maqueta funcional de una prótesis de mano mediante impresión 3D. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 7 
 
 
2. Estado del arte 
2.1. Estudio de mercado 
2.1.1. Michelangelo 
La empresa OttoBock diseñó y comercializó 
una de las prótesis más complejas y de mayor 
funcionalidad en este mercado, la cual 
denominaron como Michelangelo. Su 
funcionamiento se rige por un control activo de 
los dedos corazón, índice, pulgar y del 
posicionamiento de la muñeca, dejando un 
movimiento pasivo a los dedos anular y 
meñique. Su profundo estudio de la cinemática 
les permitió el diseño de un algoritmo de 
movimiento capaz de asimilar el propio 
humano, otorgando así al usuario la comodidad de realizar gesticulaciones naturales. 
 
El control del dispositivo se realiza desde un mando incorporado en el extremo, 
diseñado para almacenar y gestionar todo un conjunto de movimientos 
preseleccionados y preinstalados. Dichas funciones contienen retroalimentaciones 
para conseguir precisión a nivel espacial y dinámico, abarcando una amplia gama de 
gestos y posiciones, tales como coger un huevo con delicadez o aguantar una baraja 
de cartas desplegada. Además, su fácil e intuitivo diseño del software de configuración 
de la prótesis, permite al usuario definir a su gusto las acciones predeterminadas de 
esta. 
 
Michelangelo es la muestra de focalizar el diseño y construcción en una prótesis que 
asimile la mano humana a nivel cinemático, dinámico, antropométrico y estético. A 
parte del tacto natural que afirma tener, según sus usuarios, la empresa también 
incorpora a la venta un guante con aspecto de piel, para conseguir mejor visión 
estética y aumentar así su confianza [1]. 
 
 
 
Figura 2.1: Prótesis Michelangelo. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 8 
 
 
2.1.2. NEBIAS 
En el año 2013, el doctor Silvestro Micera y su 
equipo del Centro de neuroprótesis EPFL y 
SSAA, iniciaron el proyecto NEBIAS 
(NEurocontrolled BIdirectional Artificial upper 
limb and hand prothesiS), continuación de una 
investigación multidisciplinar intensiva en este 
ámbito que dio comienzo con el proyecto 
CYBERHAND, en el año 2002. NEBIAS 
consiste en una prótesis biónica con una interfaz neuronal capaz de conectar el 
sistema nervioso del usuario con los sensores artificiales incorporados, permitiendo así 
su control y detección de estímulos externos. Dicha interfaz permite a la persona 
ejecutar movimientos altamente precisos, como pueden ser coger un huevo o agarrar 
una pelota de béisbol. El periodo de proyecto es de cuatro años y se espera abarcar y 
revolucionar el mercado mundial con dicho producto [2, 3]. 
 
2.1.3. BeBionic 
La empresa OttoBock dispone en stock de 
una de las prótesis manuales más complejas 
y precisas del mercado actual.
Las 
principales características de dicho sistema, 
publicadas por la misma empresa, son las 
siguientes: 
 Dispone de motores individuales para 
cada dedo, lo cual permite al usuario 
ejecutar acciones de manera natural y 
confortable. Dichos motores, a su vez, 
están posicionados de manera óptima a 
nivel de distribución de peso, 
proporcionando una sensación de mayor 
ligereza. 
 Microprocesadores de alta potencia, que aportan alta precisión a cualquier 
movimiento realizado. 
 14 patrones de agarre que otorgan un control minucioso, sobretodo en tareas 
precisas. 
 Control proporcional de la velocidad, para la realización de tareas delicadas. 
Figura 2.2: Prótesis NEBIAS. 
Figura 2.3: Prótesis BeBionic. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 9 
 
 
 Sistema de autoagarre, previniendo así posibles problemas debido a un mal 
agarre. 
 Dedos plegables que aportan una cinética similar a la propia humana, permitiendo 
así el agarre de cualquier objeto independientemente de la geometría. 
 Distribución tensorial óptima y con materiales altamente resistentes, que permiten 
al usuario agarrar hasta 45 Kg. 
 Recubrimiento palmar y distal, permitiendo un mejor agarre al aumentar la 
superficie de contacto. 
 
Frente todas las especificaciones mencionadas, cabe destacar el diseño ergonómico y 
cinético conseguido, obteniendo así una similitud antropométrica que se ajusta en gran 
medida a la realidad, proporcionando así gran satisfacción a los usuarios de dicho 
servicio. En contraposición, BeBionic está basado en un software de ejecución 
sistemático y programado, que impide a la persona realizar acciones más allá de las 
propias previamente programadas. Aun así, cabe destacar dicho producto por su 
alcance a nivel mundial y por ser una de las prótesis más avanzadas de este mercado 
[4, 5]. 
2.1.4. I-limb 
La compañía Touch Bionics empezó 
despuntando en el mercado de la prótesis de 
mano con su modelo I-limb Ultra. Este consiste 
en una prótesis estéticamente llamativa, que 
incorpora un amplio abanico de funcionalidades: 
 Catorce funciones de agarre programadas 
dígito a dígito y con la posibilidad de 
customización por parte del usuario a 
través de la app. 
 Autoagarre para prevenir la caída o 
desprendimiento de objetos. 
 Indicador de batería baja. 
 Batería de gran autonomía y alta capacidad. 
 La empresa también incluye un equipo de terapeutas y especialistas en 
prótesis, así como un programa dedicado al control del artefacto. 
 
Figura 2.4: Prótesis I-limb. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 10 
 
 
La implementación de la posibilidad de customización de las diversas funciones y 
ejecuciones que ofrece la prótesis, aporta un gran beneficio al usuario posibilitando así 
el dominio total del artilugio. 
 
A partir de este modelo, fueron surgiendo actualizaciones, mejorando la dinámica y la 
autonomía, aportando nuevas funciones de movilidad y posibilidad de control mediante 
la app oficial de la empresa. Modelos como i-limb Revolution y i-limb Quantum son 
distribuidos y comercializados alrededor del mundo, compitiendo a nivel internacional 
con la empresa predominante del sector, OttoBock [6, 7]. 
 
2.1.5. Prótesis con cámara incorporada 
Investigadores de la universidad de Newcastle han desarrollado un prototipo de 
prótesis con IA y cámara incorporada. Dicho enfoque tiene su razón de ser. Han 
implementado un software de reconocimiento basado en la captación de imágenes, 
que permite diferenciar el objeto que deberá ser cogido. Con esto, en función de la 
geometría y orientación de este, la prótesis ejecutará la acción con la que se consiga 
una óptima manipulación. Actualmente, trabajan con un modelo de i-limb Ultra que 
lleva incorporada una cámara de 768x576 píxeles [8]. 
 
2.1.6. Prótesis antropomórfica 
Zhe Xu y Emanuel Todorov, 
investigadores de la universidad de 
Washington, han diseñado una de las 
prótesis más complejas, a nivel 
cinemático, jamás vistas por el ser 
humano. Esta es capaz de copiar e imitar 
con gran precisión la combinación de 
múltiples movimientos y 
posicionamientos intrínsecos de los que 
dispone la mano humana. 
 
Cogiendo el modelo biológico humano, y gracias a la impresión 3D por láser, han 
creado una estructura ósea de gran resistencia y rigidez con el mínimo peso posible. 
Las articulaciones, unidas por ligamentos sintéticos, son los puntos de unión de la 
estructura, dando flexibilidad y manteniendo la unión. Los elementos que la componen 
Figura 2.5: Prótesis antropomórfica. 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 11 
 
 
están unidos a unos cables de alta resistencia, funcionando como tendones, y estos 
son ejecutados por servomotores Dynamixel, dando lugar a los movimientos más 
importantes de la mano. Esta morfología da lugar, junto al algoritmo de control a nivel 
de software, a la posibilidad de imitar el comportamiento cinemático de la mano 
humana con un reducido retraso por parte de los componentes que forman el sistema. 
 
Ambos investigadores barajan la posibilidad de desarrollar un nuevo producto de 
mercado basado en dos opciones claves. El usuario podrá elegir entre controlar la 
prótesis directamente con estímulos nerviosos enviados desde su cerebro, campo que 
por una parte aún está en desarrollo; o en su defecto, acudir a una intervención 
quirúrgica para unir los cables tensores a su musculatura y controlar la prótesis 
directamente desde su extremidad, hecho que puede provocar complicaciones 
médicas. 
 
Aun siendo un proyecto en fase de desarrollo y aún lejos de su aplicabilidad al 
mercado, su combinación con la neurobiología podría traer un serio avance en el 
campo de la biomecánica humana, dando lugar a una revolución en el campo de las 
prótesis de mano [9]. 
 
2.1.7. La mano de Luke Skywalker 
El nombre artístico que le ha sido 
otorgado a esta prótesis no viene 
únicamente dado por su similitud a la 
que llevaba el joven Padawan en la 
saga de Star Wars, sinó también por 
la similitud cinemática y de control 
que ofrece. 
 
Gracias a una simbiosis entre 
captabilidad de movimientos mediante 
ultrasonidos y un algoritmo de control usando inteligencia artificial, se ha podido 
desarrollar una prótesis capaz de leer con alta exactitud los movimientos que realiza el 
antebrazo humano de forma natural. Mapeando así la estructura e identificando qué 
acción desea realizar el cerebro, permite al usuario un control automático del artilugio 
sin necesidad de memorizar ningún patrón de acciones externas a realizar. 
 
Figura 2.6: Prótesis “Skywalker’s hand”. 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 12 
 
 
Este avance permite no solo expandir el mercado de las prótesis a nuevas 
posibilidades, sino crear un nuevo mercado donde las máquinas podrán ser 
controladas por los humanos de una forma intuitiva y natural [10]. 
 
2.1.8. Prótesis con control en el pie 
El Instituto de Investigación en 
Matemáticas Aplicadas y en Sistemas 
(IIMAS), junto con la UNAM y el 
gobierno de Méjico, han desarrollado 
un total de tres prototipos de mano 
robótica (una diestra, una zurda y una 
ambidiestra). La finalidad de este 
proyecto es compensar la pérdida de 
las funciones físicas y tratar a los 
afectados por el Síndrome del Miembro Fantasma. 
El dispositivo proporciona un total de cuatro movimientos programados, que permiten 
la manipulación de objetos pequeños y medianos con un peso inferior a un kilogramo. 
La selección de dichas acciones se encuentra en una plantilla para el pie, con un total 
de cuatro botones de control. Además, el equipo cuenta con un sistema de realidad 
virtual, para la adaptación por parte del usuario a su uso y tratamiento. 
El proyecto pretende evolucionar hacia un control más amplio y funcional, mejorando 
el algoritmo de control y permitiendo en un futuro al usuario, no solo el poder
ejecutar 
cuatro acciones, sino ampliar el abanico de funciones y mejorar el control de la 
prótesis [11, 12]. 
 
 
 
 
Figura 2.7: Prótesis con control en el pie. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 13 
 
 
2.2. Usuarios y necesidades 
Para todo proyecto, con el fin de definir aquellas prestaciones básicas y necesarias 
que deberá incluir, será necesario conocer las necesidades que requerirán los 
diferentes usuarios del sistema. 
Cogiendo como referencia los datos obtenidos de las diversas prótesis estudiadas en 
el apartado Estudio de mercado, así como tomando en consideración otras 
prestaciones que convendría incluir en las mismas, se ha diseñado el siguiente 
esquema, donde se recogen para cada usuario sus posibles necesidades: 
 Usuario final: Persona que utilice la prótesis robótica 
o Control cinemático del dispositivo sin implicar otras extremidades. 
o Control dinámico, automático y programable. 
o Control del estado energético del dispositivo. 
o Autonomía energética. 
o Carga energética de rápida velocidad. 
o Facilidad de acoplamiento y desacoplamiento. 
o Sujeción cómoda y garantizada. 
o Precio asequible para una economía media. 
o Estética similar a la humana. 
o Peso minimizado. 
o Posibilidad y facilidad de customización del artefacto. 
o Periodo de adaptación al dispositivo. 
o Asistencia técnica disponible en todo momento. 
 Técnico de fabricación y reparación de la prótesis 
o Facilidad en la toma de datos y diseño de la prótesis. 
o Conocimientos y especialización en el producto fabricado. 
 Técnico de asistencia personal para la adaptación usuario-máquina 
o Conocimientos y experiencia en el ámbito clínico. 
o Conocimientos y especialización en el producto fabricado. 
 
2.3. Definición y crítica de prestaciones 
Conocidas las necesidades de los usuarios del sistema de estudio, se pueden extraer 
de estas una serie de criterios para poder comparar cualitativa y cuantitativamente las 
prótesis investigadas en el apartado Estudio de mercado. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 14 
 
 
Con esto se pretende ver cuáles de ellas cumplen los requisitos indispensables para 
un correcto diseño del producto y tomar en consideración aquellas especificaciones 
técnicas que deberá tener la futura prótesis. 
Las prestaciones consideradas a partir de las necesidades de los usuarios son las 
siguientes: 
 Estado: Un factor importante a tener en cuenta es el estado actual del producto. 
En función de si el artefacto está comercializado o en desarrollo, se puede obtener 
un mayor número de información acerca de la prótesis, pues sus parámetros 
estarán definidos o por definir o pueden que estén sujetos a protección de datos 
por parte de la entidad proyectista. 
 Grados de libertad activos: Valorar cuantos actuadores es capaz de controlar el 
usuario es un requisito indispensable para valorar el abanico de funciones que 
ofrece el producto. 
 Restricciones cinemáticas: Tomar en consideración si la mano cumple los límites 
articulares o si trabaja con velocidades y aceleraciones de nivel humano, es un 
requisito indispensable a la hora de semejar una apariencia mecánica humana. 
 Tipo de control: La tecnología usada para establecer la comunicación usuario-
máquina también representa un factor importante a tener en cuenta. 
 Fuerzas humanas: Igual que en la cinemática, los pares y fuerzas de los 
actuadores serán claves para la apariencia mecánica humana de la prótesis. 
 Retroalimentación mediante sensores externos: Para complementar la 
comunicación usuario-máquina, será indispensable que el aparato pueda 
proporcionar información del entorno que le rodea. 
 Indicador del estado de la batería: Es fundamental para el usuario poder conocer 
en todo momento el nivel energético de la fuente de alimentación de la prótesis, 
para poder prevenir quedarse sin energía. 
 Capacidad de la batería: Igualmente, es fundamental que la batería disponga de 
una capacidad elevada, para así poder utilizar la prótesis con continuidad y 
durante más tiempo. 
 Optimización energética: Para poder lograr una elongación temporal de la carga, 
es necesario contar con un sistema electrónico optimizado a nivel energético. 
 Velocidad de carga energética: Conseguir una carga completa en poco tiempo 
es imprescindible para poder obtener un mayor porcentaje temporal de uso de la 
prótesis. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 15 
 
 
 Elemento de sujeción: La unión entre la máquina y el usuario deberá ser 
cómoda, fácil y segura, garantizando un aguante fijado dentro de los límites 
dinámicos de la prótesis. 
 Precio de venta: Puesto que la prótesis debe estar diseñada para cualquier tipo 
de usuario, su precio de venta debe ser costeable para una renda media. 
 Estética exterior: Para otorgar una apariencia humana y así una mayor 
comodidad y satisfacción al usuario, el aspecto exterior de la prótesis será crucial. 
 Geometría antropométrica: Debido a variabilidad humana, todos tenemos 
medidas diferentes de cada parte del cuerpo. Así, cada prótesis deberá ser 
proporcionada al usuario que la utilice. 
 Peso: Intentar conseguir una prótesis con las características anteriores y un peso 
capaz de ser soportado por el usuario sin causar ningún esfuerzo innecesario. 
 Customización de bajo nivel: Debido que la prótesis pertenece al usuario, sería 
interesante el poder programar un software de bajo nivel para que el usuario pueda 
determinar ciertos parámetros del dispositivo, tales como velocidad, aceleraciones, 
fuerzas, posición de reposo… 
 Servicio técnico: En todo momento, por si un casual la prótesis diera algún fallo, 
el poder contar con un servicio técnico de ayuda sería una ventaja atractiva. 
 Asistencia personal: De igual forma, cuando el nuevo usuario quiera adquirir la 
prótesis, poder contar con un trato personal para su adquisición sería atractivo y 
agradecido. 
Para observar a nivel esquemático la obtención de las prestaciones a partir de las 
necesidades de los usuarios, consultar Anexo 1: Definición de los criterios a partir de 
las necesidades de los usuarios. 
Gracias a las fichas técnicas de los productos, artículos científicos y periodísticos y 
otra información en la red, se ha podido realizar la crítica de las prótesis mencionadas 
en el apartado Estudio de mercado. 
Para clarificar la crítica de prestaciones entre prótesis, se ha realizado una tabla 
comparativa entre ellas mediante el uso de un esquema de colores, de acuerdo con 
los criterios mencionados anteriormente en este apartado. Para observar en detalle los 
datos recogidos, consultar Anexo 2: Crítica de prestaciones detalladas, donde vienen 
recogidos en forma de tablas los valores de cada crítica junto a la prótesis a la que 
pertenecen. 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 16 
 
 
Esquema de colores 
M
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g
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N
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IA
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Cumplimiento del criterio 
Casi cumplimiento del criterio 
Incumplimiento del criterio 
Sin información disponible o por determinar 
Grados de libertad activos 
Restricciones cinemáticas 
Tipo de control 
Fuerzas humanas 
Retroalimentación con sensores externos 
Indicador del estado de la batería 
Capacidad batería 
Optimización energética 
Velocidad de carga energética 
Elemento de sujeción 
Precio de venta 
Estética exterior 
Geometría antropométrica 
Peso 
Customización de bajo nivel 
Servicio técnico 
Asistencia personal 
Como conclusión de este proceso, se puede observar que las prótesis comercializadas
(Michelangelo, BeBionic y i-Limb) cumplen en mayor parte con los requisitos 
demandados por el colectivo de usuarios de sus productos, de aquí la satisfacción por 
parte de estos. 
Así pues, cabe destacar que otras prótesis en desarrollo, sobretodo NEBIAS y la 
prótesis antropomórfica, ofrecen un mayor y mejor control del dispositivo, factor que 
las hará despuntar en el mercado dejando obsoletas a las actualmente 
comercializadas. 
Ante este suceso, se puede observar que el mercado de las prótesis robóticas tiende a 
incorporar nuevos y mejores sistemas control, sobre todo a nivel de comunicación 
Tabla 2.1: Comparativa ponderada mediante esquema de colores de las prótesis estudiadas. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 17 
 
 
usuario-máquina. Por ello, estos indicadores marcan el inicio de una nueva era en este 
mercado, con un avance científico y tecnológico de gran importancia. 
3. Fisiología y antropometría de la mano 
3.1. Estudio biológico y anatómico 
En cualquier proyecto, resulta de vital importancia conocer el sistema con el que se va 
a trabajar y, en este caso, el que se va a intentar suplantar. 
De aquí la razón de ser de este apartado, en el cual se estudia en profundidad, no solo 
la anatomía propia de la mano humana, sino también las propiedades y características 
de los tejidos que la forman, para sí conseguir una visión más profunda y de mayor 
conocimiento sobre su comportamiento y funcionamiento. 
Para no extender la redacción principal, el estudio biológico se ha detallado en el 
Anexo 3: Estudio biológico, dejando a disposición del lector la información necesaria 
para comprender el funcionamiento y las propiedades de los tejidos de mayor 
relevancia mecánica del cuerpo humano. 
Por otro lado, el estudio anatómico de la mano se detalla a continuación, debido a su 
interés práctico en el diseño de la prótesis. Este se ha dividido según los componentes 
de interés que forman la mano, empezando por los huesos (y entre estos, sus 
respectivas articulaciones), la musculatura que ejecuta los movimientos, los 
ligamentos principales y finalizando por los tendones y las vainas y correderas por las 
que circulan. 
3.1.1. Huesos de la mano 
La mano humana posee un total de 27 huesos. Estos se pueden agrupar en 8 huesos 
que forman el carpo o la muñeca, 5 huesos que hacen el metacarpo o la palma y los 
14 restantes llamados digitales [13, pp. 222-225]. 
 Huesos de la muñeca: Con un total de ocho huesos, conocidos como carpianos, se 
dividen en grupos de cuatro. Son los elementos encargados de garantizar la 
articulación entre la mano y el brazo, mediante el encaje de estos con el radio y el 
cúbito. 
En la fila proximal, de fuera hacia dentro, se encuentran el escafoides, el 
semilunar, el piramidal y el pisiforme; mientras que, en la fila distal, de fuera hacia 
dentro, se hallan el trapecio, el trapezoide, el grande y el ganchoso. 
 Huesos de la palma: Con un total de cinco huesos, conocidos como metacarpos, 
corresponden uno para cada dedo, numerados del I (pulgar) al V (meñique). 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 18 
 
 
 Huesos digitales: Formada por catorce huesos, del meñique al índice se 
encuentran las falanges distales, medias y proximales; mientras que el pulgar está 
formado por su respectiva falange distal y proximal. 
Para ver un esquema visual de los huesos de la mano, consultar Anexo 4: Anatomía 
de la mano y del antebrazo. 
3.1.2. Articulaciones y grados de libertad de la mano 
La región existente entre los diversos huesos que conforman la mano y que permite un 
cierto movimiento relativo entre estos se conoce como articulación. Las articulaciones, 
en función de los movimientos espaciales relativos que permiten realizar, se les 
asignan un conjunto de grados de libertad propios [13, pp. 252-255]. 
 Articulación interfalángica distal (IFD): Se da entre la falange distal y la falange 
media de los dedos II al V. Contiene un grado de libertad propio, la flexoextensión. 
 Articulación interfalángica proximal (IFP): Se da entre la falange media y la falange 
proximal de los dedos II al V. Contiene un grado de libertad propio, la flexión. 
 Articulación interfalángica (IF): Se da entre la falange distal y la falange proximal 
del dedo I. Contiene un grado de libertad propio, la flexoextensión. 
 Articulación metacarpofalángica (MCF): Se da entre la falange proximal y el 
metacarpiano de cada uno de los dedos. Contiene dos grados de libertad propios, 
la flexoextensión y la abducción y aducción. 
 Articulación trapeciometacarpiana del pulgar: Se da entre el metacarpiano del dedo 
I y el hueso trapecio. Contiene dos grados de libertad propios, la flexoextensión y 
la abducción y aducción. 
 Articulación carpometacarpiana: Se da entre el metacarpiano de los dedos II al V y 
los huesos del carpo distales. Solo permite un leve desplazamiento entre huesos. 
 Articulación radiocarpiana: Se da entre los huesos cúbito y radio y los carpos 
proximales. Contiene dos grados de libertad propios, la flexoextensión y abducción 
y aducción. 
 Articulación mediocarpiana: Se da entre los huesos del carpo proximales y los 
huesos del carpo distales. Colabora en el alcance de los movimientos relativos 
producidos en la articulación radiocarpiana. 
 Articulación carpiana: Se da entre los huesos que forman el carpo distal y los que 
forman el carpo proximal, respectivamente. Solo permite un leve desplazamiento 
entre huesos. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 19 
 
 
Contando un total de cinco grados de libertad para el pulgar, cuatro para cada uno de 
los cuatro dedos restantes y los dos a nivel de la muñeca, resulta que la mano tiene un 
total de 23 grados de libertad actuados. Desde un punto de vista clínico, se le otorgan 
un total de 27 grados de libertad, contando a parte de los mencionados anteriormente, 
la pronación del antebrazo y el desplazamiento en los tres ejes del espacio. 
Para ver un esquema visual de las articulaciones de la mano, consultar Anexo 4: 
Anatomía de la mano y del antebrazo. 
3.1.3. Grupos musculares 
Para la siguiente clasificación, se tienen en cuenta aquellos grupos musculares 
involucrados en los diversos movimientos de los elementos que conforman la mano 
humana. Para ello, se ven involucrados músculos pertenecientes al propio antebrazo y 
aquellos que residen fisionómicamente en la propia mano [13, pp. 274-283]. 
Musculatura del antebrazo 
 Músculos flexores superficiales 
o Músculo flexor superficial de los dedos (flexor digitorum superficialis): 
Flexión de las articulaciones de la muñeca, metacarpofalángicas e 
interfalángicas proximales de los dedos II-V. 
o Músculo flexor radial del carpo (flexor carpi radialis): Flexión y abducción 
radial de la articulación de la muñeca. 
o Músculo flexor cubital del carpo (flexor carpi ulnaris): Flexión y abducción 
cubital de la articulación de la muñeca. 
o Músculo palmar largo (palmaris longus): Flexión palmar de la articulación 
de la muñeca y tensión la aponeurosis palmar. 
 Músculos flexores profundos 
o Músculo flexor profundo de los dedos (flexor digitorum profundus): Flexión 
de las articulaciones de la muñeca, metacarpofalángicas e interfalángicas 
de los dedos II-V. 
o Músculo flexor largo del pulgar (flexor pollicis longus): Flexión y abducción 
radial de la articulación de la muñeca, oposición de la articulación sellar del 
pulgar y flexión de las articulaciones metacarpofalángicas e interfalángicas 
del pulgar. 
 Musculatura radial 
o Músculo extensor radial largo del carpo (extensor carpi radialis longus): 
Extensión (colaboración en el cierre del puño) y abducción radial de la 
articulación de la muñeca. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 20 
 
 
o Músculo extensor radial corto del carpo (extensor carpi radialis brevis): 
Extensión (colaboración en el cierre del puño) y abducción radial de la
articulación de la muñeca. 
 Músculos extensores superficiales 
o Músculo extensor de los dedos (extensor digitorum): Extensión de la 
articulación de la muñeca y extensión y abducción de las articulaciones 
metacarpofalángicas, interfalángicas distales y proximales de los dedos II-
V. 
o Músculo extensor del meñique (extensor digiti minimi): Extensión y 
abducción cubital de la articulación de la muñeca y extensión y abducción 
de las articulaciones metacarpofalángica, interfalángicas distal y proximal 
del dedo V. 
o Músculo extensor cubital del carpo (extensor carpi ulnaris): Extensión y 
abducción cubital de la articulación de la muñeca. 
 Músculos extensores profundos 
o Músculo abductor largo del pulgar (abductor pollicis longus): Abducción 
radial de la articulación de la muñeca y abducción de la articulación sellar 
del pulgar. 
o Músculo extensor corto del pulgar (extensor pollicis brevis): Abducción 
radial de la articulación de la muñeca y extensión de las articulaciones 
sellar del pulgar y metacarpofalángicas. 
o Músculo extensor largo del pulgar (extensor pollicis longus): Extensión y 
abducción radial de la articulación de la muñeca, aducción de la articulación 
sellar del pulgar y extensión de las articulaciones metacarpofalángicas e 
interfalángicas del pulgar. 
o Músculo extensor del índice (extensor indicis): Extensión de la articulación 
de la muñeca y extensión de las articulaciones metacarpofalángicas e 
interfalángicas proximal y distal del dedo II. 
Para ver un esquema visual de los músculos del antebrazo, consultar Anexo 4: 
Anatomía de la mano y del antebrazo. 
Musculatura de la mano 
 Musculatura tenar 
o Músculo abductor corto del pulgar (abductor pollicis brevis): Abducción de 
la articulación sellar del pulgar y flexión de la articulación 
metacarpofalángica del pulgar. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 21 
 
 
o Músculo aductor del pulgar (adductor pollicis): Aducción y oposición de la 
articulación sellar del pulgar y flexión de la articulación metacarpofalángica 
del pulgar. 
o Músculo flexor corto del pulgar (flexor pollicis brevis): Flexión y oposición de 
la articulación sellar del pulgar y flexión de la articulación 
metacarpofalángica del pulgar. 
o Oponente del pulgar (opponens pollicis): Oposición de la articulación sellar 
del pulgar. 
 Musculatura hipotenar 
o Músculo abductor del meñique (abductor digiti minimi): Flexión y abducción 
de la articulación metacarpofalángica del meñique y extensión de las 
articulaciones interfalángicas proximal y distal del meñique. 
o Músculo flexor del meñique (flexor digiti minimi brevis): Flexión de la 
articulación metacarpofalángica del meñique. 
o Músculo oponente del meñique (opponens digiti minimi): Oposición del 
metacarpiano hacia el palmar. 
o Músculo palmar corto (palmaris brevis): Protección y tensión de la 
aponeurosis palmar. 
 Musculatura del metacarpo 
o Músculos lumbricales I-IV (lumbrical): Flexión de las articulaciones 
metacarpofalángicas de los dedos II-V y extensión de las articulaciones 
interfalángicas proximales y distales de los dedos II-V. 
o Músculos interóseos dorsales I-IV (dorsal interosseus): Extensión de las 
articulaciones metacarpofalángicas de los dedos II-IV y extensión y 
abducción de las articulaciones interfalángicas proximales y distales de los 
dedos II-IV. 
o Músculos interóseos palmares I-III (palmar interosseus): Flexión de las 
articulaciones metacarpofalángicas de los dedos II, IV y V y extensión y 
aducción de las articulaciones interfalángicas proximales y distales de los 
dedos II, IV y V. 
Para ver un esquema visual de los músculos de la mano, consultar Anexo 4: Anatomía 
de la mano y del antebrazo. 
3.1.4. Ligamentos de la mano 
En función de las regiones óseas que unen, los ligamentos se pueden clasificar de la 
siguiente forma [13, pp. 246-251]: 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 22 
 
 
 Ligamentos entre el antebrazo y el carpo 
o Ligamento colateral radial del carpo: Une el radio con el escafoides 
o Ligamento colateral cubital del carpo: Une el cúbito con los huesos 
triangular y pisiforme. 
o Ligamento radiocarpiano palmar: Une el radio y el cúbito con los huesos 
escafoide, semilunar, triangular y grande. 
o Ligamento radiocarpiano dorsal: Une el radio con el escafoides, el 
semilunar y el triangular. 
o Ligamento cubitocarpiano palmar: Une el cúbito con los huesos semilunar y 
piramidal. 
o Ligamento cubitocarpiano dorsal: Une el cúbito con el hueso piramidal. 
 Ligamentos entre el carpo y el metacarpo 
o Ligamentos carpometacarpianos palmares: Unen los huesos distales del 
carpo con los metacarpos en la palma de la mano. 
o Ligamentos carpometacarpianos dorsales: Unen los huesos distales del 
carpo con los metacarpos en el dorso de la mano. 
o Ligamento pisimetacarpiano: Une el hueso pisiforme con el quinto hueso 
metacarpiano. 
o Ligamento metacarpoganchoso: Une el hueso ganchoso con el quinto 
metacarpo. 
 Ligamentos intercarpianos 
o Ligamentos intercarpianos palmares: Unen los huesos del carpo en la 
palma de la mano. 
o Ligamentos intercarpianos dorsales: Unen los huesos del carpo en el dorso 
de la mano. 
o Ligamentos intercarpianos interóseos: Unen los huesos del carpo en 
profundidad. 
o Ligamento transverso del carpo: Une los huesos trapecio, pisiforme y 
ganchoso. Es el túnel de paso de los diez tendones flexores y del nervio 
mediano. 
 Ligamentos metacarpianos 
o Ligamentos metacarpianos palmares: Unen los huesos metacarpianos en la 
palma de la mano a nivel de la articulación carpometacarpiana. 
o Ligamentos metacarpianos dorsales: Unen los huesos metacarpianos en el 
dorso de la mano a nivel de la articulación carpometacarpiana. 
o Ligamento metacarpiano transverso profundo: Une los dedos II al V a nivel 
de la articulación metacarpofalángica. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 23 
 
 
 Complejo ligamentario de los dedos 
o Ligamentos colaterales: Unen cada falange con la anterior y las proximales 
con los metacarpianos. 
o Ligamentos anulares: Refuerzan las vainas tendinosas de los dedos y las 
unen a las falanges. 
o Ligamentos cruciformes u oblicuos: Refuerzan las vainas tendinosas de los 
dedos. 
o Ligamentos falangoglenoidales: Limitan la extensión del dedo. 
o Ligamentos interfalángicos: Limitan la flexión del dedo. 
o Ligamentos palmares: Protegen los tendones creando una separación de 
estos con los huesos en las regiones de las articulaciones. 
o Ligamento colateral accesorio: Proporciona estabilidad pasiva. 
Cabe destacar que el complejo ligamentario de la mano se expande a unos niveles 
mucho más elevados, existiendo en el cuerpo humano un nombre superior de 
ligamentos no mencionados en este apartado. Los nombrados anteriormente 
representan el conjunto funcional de mayor importancia, factores que no deben de ser 
obviados una vez inicializado el diseño conceptual de la prótesis. 
Para finalizar, sobresale la importancia de considerar los grupos de correderas, cuya 
función es la guía de los tendones desde el músculo hasta su respectivo hueso de 
inserción; así como la aponeurosis, con el objetivo de recubrir y proteger los huesos y 
tendones y garantizar su correcta unión y disposición geométrica. 
Para ver un esquema visual de los ligamentos de la mano, consultar Anexo 4: 
Anatomía de la mano y del antebrazo. 
3.1.5. Tendones de la mano 
Para clasificar los diversos tendones que participan en la movilidad de la mano, es 
necesario renombrar los músculos que intervienen en ella. Esto se debe que el 
conjunto músculo más tendón se tiende a denominar conjuntamente, puesto que la 
ejecución muscular no tendría ningún sentido sin la transmisión tendinosa. Así pues, 
se presentan nuevamente los grupos musculares, esta vez indicando el punto de 
inserción en los huesos de la mano [13, pp. 292-307]: 
Origen en la musculatura del antebrazo
 Flexores superficiales 
o Flexor superficial de los dedos: Inserción a los lados de la falange media de 
los dedos II-V. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 24 
 
 
o Flexor radial del carpo: Inserción en la base del hueso metacarpiano II (a 
veces se suplementa con una inserción en el hueso metacarpiano III). 
o Flexor cubital del carpo: Inserción en el gancho del hueso ganchoso y en la 
base del hueso metacarpiano IV. 
o Palmar largo: Inserción en la aponeurosis palmar. 
 Flexores profundos 
o Flexor profundo de los dedos: Inserción en la cara palmar de las falanges 
distales de los dedos II-V. 
o Flexor largo del pulgar: Inserción en la cara palmar de la falange distal del 
pulgar. 
 Tendones radiales 
o Extensor radial largo del carpo: Inserción en la cara dorsal de la base del 
hueso metacarpiano II. 
o Extensor radial corto del carpo: Inserción en la cara dorsal de la base del 
hueso metacarpiano III. 
 Extensores superficiales 
o Extensor de los dedos: Inserción en la aponeurosis dorsal de los dedos II-V. 
o Extensor del meñique: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo V. 
o Extensor cubital del carpo: Inserción en la base del hueso metacarpiano V. 
 Extensores profundos 
o Abductor largo del pulgar: Inserción en la base del hueso metacarpiano I. 
o Extensor corto del pulgar: Inserción en la base de la falange proximal del 
pulgar. 
o Extensor largo del pulgar: Inserción en la base de la falange distal del 
pulgar. 
o Extensor del índice: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo II. 
Origen en la musculatura de la mano 
 Origen en la musculatura tenar 
o Abductor corto del pulgar: Inserción en la base de la falange proximal del 
pulgar, en el sesamoideo radial. 
o Aductor del pulgar: Inserción en la base de la falange proximal del pulgar, 
en el sesamoideo cubital. 
o Flexor corto del pulgar: Inserción en la base de la falange proximal del 
pulgar, en el sesamoideo radial. 
o Oponente del pulgar: Inserción en el borde radial del metacarpiano I. 
 Origen en la musculatura hipotenar 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 25 
 
 
o Abductor del meñique: Inserción en la base cubital de la falange proximal y 
aponeurosis dorsal del dedo V. 
o Flexor del meñique: Inserción en la base de la falange proximal del dedo V. 
o Oponente del meñique: Inserción en la borde cubital del metacarpiano V. 
o Palmar corto: Inserción en la piel de la región hipotenar. 
 Origen en la musculatura del metacarpo 
o Lumbricales I-IV 
 I: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo II. 
 II: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo III. 
 III: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo IV. 
 IV: Inserción en la aponeurosis dorsal del dedo V. 
o Interóseos dorsales I-IV 
 I: Inserción en la cara radial de la falange proximal del dedo II. 
 II: Inserción en la cara radial de la falange proximal del dedo III. 
 III: Inserción en la cara cubital de la falange proximal del dedo III. 
 IV: Inserción en la cara cubital de la falange proximal del dedo IV. 
o Interóseos palmares I-III 
 I: Inserción en la aponeurosis dorsal y base de la falange proximal 
del dedo II. 
 II: Inserción en la aponeurosis dorsal y base de la falange proximal 
del dedo IV. 
 III: Inserción en la aponeurosis dorsal y base de la falange proximal 
del dedo V. 
Para ver un esquema visual de las inserciones de los tendones en la mano, consultar 
Anexo 4: Anatomía de la mano y del antebrazo. 
Los tendones provenientes de la musculatura del antebrazo, recorren la superficie de 
la mano siguiendo las vainas o correderas tendinosas: 
 Vainas tendinosas palmares del carpo: Conducen el flexor largo del pulgar, flexor 
radial del carpo y flexores superficiales y profundos de los dedos y el nervio 
mediano a través del túnel carpiano hasta la altura del metacarpo. 
 Vainas tendinosas palmares de los dedos: Conducen los flexores de los distintos 
dedos hasta su zona de inserción. Se comunican con las vainas tendinosas del 
carpo de formas diversas en función del individuo. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 26 
 
 
 Vainas tendinosas dorsales del carpo: Son reforzadas y sujetadas por el retináculo 
extensor, una parte de la fascia del antebrazo. Allí se forman las correderas 
tendinosas, lugar por donde circulan los abductores y extensores. 
 Correderas tendinosas dorsales de los tendones extensores 
o 1ª corredera: Conduce el abductor largo del pulgar y el extensor corto del 
pulgar. 
o 2ª corredera: Conduce los extensores radiales largo y corto del carpo. 
o 3ª corredera: Conduce el extensor largo del pulgar. 
o 4ª corredera: Conduce los extensores de los dedos y del índice. 
o 5ª corredera: Conduce el extensor del meñique. 
o 6ª corredera: Conduce el extensor cubital del carpo. 
A la altura de los metacarpos de los dedos II al V, en la inserción tendinosa de los 
músculos extensores de los dedos, se forman las conexiones intertendinosas, 
encargadas de garantizar el posicionamiento de las vainas tendinosas dorsales. 
Para ver un esquema visual de las vainas tendinosas y correderas de la mano, 
consultar Anexo 4: Anatomía de la mano y del antebrazo. 
 
3.2. Estudio antropométrico 
Para poder determinar las dimensiones geométricas de los diversos elementos que 
formarán parte de la prótesis, es necesario el conocimiento de la morfología propia de 
estas y su correcta adecuación y dimensionado para cada tipo de sujeto. 
Dentro de este apartado, resulta de gran importancia el hecho de diferenciar dos tipos 
de enfoque: por una parte, los posibles métodos a seguir a la hora de fabricar el 
producto para un público más elevado; y por otra, la metodología base seguida para el 
diseño conceptual en este proyecto. 
Tratando el diseño de una prótesis para un usuario cualquiera, se deben considerar 
dos casos límites para ello: la persona que requiera dicho artilugio puede carecer de 
una o ambas extremidades superiores. 
Para el primer afectado, aquel que aún conserva una de sus manos, se pueden 
obtener las dimensiones geométricas a partir del elemento terminal que aún posee. 
Una de las técnicas idóneas para realizar dicha operación consiste en realizar un 
escáner tridimensional de la mano, para así obtener de manera automática y veloz 
todas las variables necesarias para su construcción. El propio algoritmo de toma de 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 27 
 
 
datos debe ser capaz de escalar las dimensiones, tomando en consideración el grosor 
de los mismos materiales que conformarían el artefacto, para así optimizar el volumen 
de cada uno de ellos con razón de reducir costes materiales y de fabricación, sin 
perder las propiedades mecánicas esenciales y necesarias para una correcta 
suplantación. 
Otra alternativa, que requiere una menor inversión inicial, resulta de tomar medidas a 
nivel manual, siguiendo los consejos y requerimientos marcados por el propio INSHT 
(Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo). Cumpliendo el reglamento 
métrico y con una toma mínima y marcada de datos, se podría diseñar una prótesis 
adecuada para el usuario y concordante en el dimensionado, minimizando el error 
realizado. 
Considerando ahora el caso del usuario sin ambas extremidades superiores, en esta 
situación no se cuenta con un elemento de referencia. Por este motivo, una posible 
técnica a seguir es consultar las tablas antropométricas que el propio INSHT ofrece. 
Para ello, el técnico de fabricación de la prótesis debe seguir el siguiente algoritmo: 
tomando una serie de medidas corporales, de acuerdo con las pautas y normas 
marcadas por el propio INSHT, se clasifica al sujeto en un percentil medio de acuerdo 
con los datos poblacionales publicados. Cogiendo dichos resultados, se trasladan para 
obtener las variables geométricas correspondientes a la mano humana, también 
facilitadas por el mismo instituto. Teniendo estas variables,
se escalan los datos en 
base a un modelo predefinido, diseñando las manos que mejor se adecuen al usuario 
y obteniendo así unas prótesis proporcionadas al cuerpo de cada individuo. 
Para cada uno de los casos explicados anteriormente, el técnico de fabricación de la 
prótesis debe contar con los conocimientos previos necesarios para desarrollar cada 
una de las tareas mencionadas. Por otra parte, los requerimientos necesarios por 
parte de este son el hecho de disponer del escáner tridimensional, los manuales del 
mismo dispositivo y un algoritmo automático o manual de toma de datos y diseño 
geométrico; o en su defecto, de las normas, pautas, tablas e instrumentos de medida 
necesarios para realizar el diseño manual. 
Con todo esto, se da por tratada una primera guía a seguir durante el proceso de 
comercialización del producto, todo justificando la importancia de este apartado dentro 
del proyecto. 
Para la obtención de las dimensiones geométricas de cada uno de los elementos que 
forman la mano humana, el procedimiento a seguir se inicia en la adquisición de datos 
antropométricos en base a estudios realizados anteriormente por instituciones e 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 28 
 
 
investigadores de elevado prestigio. Pero antes, es necesario tener en cuenta un 
factor de gran relevancia. 
Los datos antropométricos de la población mundial varían en función del sexo, género, 
edad y nacionalidad. Tomando dicha consideración, resulta obvia la diferencia 
numérica entre algunos de los valores encontrados en los diversos estudios. Por ello, 
los datos parten como base orientativa, reajustándose entre ellos para no generar 
conflictos geométricos ni dimensionados incoherentes a la hora de definir el diseño del 
modelo. 
Los valores estadísticos encontrados y utilizados en el estudio son los siguientes: 
 Normalización de las longitudes de las falanges proximales, medias y distales y de 
los metacarpianos de una muestra de 66 pacientes, varones, adultos, con una 
edad entre 19 y 78 años y de nacionalidad ucraniana, todos sin deformaciones 
patológicas en los huesos [14]. 
 Longitudes de las puntas de los dedos a la muñeca, en palma abierta. Los datos 
encontrados pertenecen a una muestra de 80 sujetos, barones, entre 19 y 29 años, 
divididos en grupos de 40 personas alterando el factor externo del deporte que 
realizaban [15]. 
 Medidas generales de la mano humana, considerando una muestra de 1723 
personas, con un total de 1130 hombres y 593 mujeres [16]. 
 Medidas generales de la mano, a un nivel más concreto, con una muestra de 2208 
mujeres y 1774 hombres [17]. 
 Medidas específicas de los dedos de la mano, con una muestra de 94 oficiales y 
54 hombres alistados [18]. 
Con los datos recopilados en los diversos estudios, se determinan las dimensiones 
necesarias para la realización del diseño conceptual de la prótesis. Las tablas 
utilizadas, juntamente con los valores cogidos de ellas, se pueden consultar en el 
Anexo 5: Tablas antropométricas consultadas. 
El criterio seguido en dicha clasificación ha estado la adquisición de los valores medios 
para la población masculina, por ser la única característica en común en todos los 
estudios. 
Medida Valor [mm] 
Falange distal I 21,67 
Falange distal II 15,82 
Falange distal III 17,40 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 29 
 
 
Falange distal IV 17,30 
Falange distal V 15,96 
Falange media II 22,38 
Falange media III 26,33 
Falange media IV 25,65 
Falange media V 18,11 
Falange proximal I 31,57 
Falange proximal II 39,78 
Falange proximal III 44,63 
Falange proximal IV 41,37 
Falange proximal V 32,74 
Metacarpo I 46,22 
Metacarpo II 68,12 
Metacarpo III 64,60 
Metacarpo IV 58,00 
Metacarpo V 53,69 
Tejidos blandos de la punta de la falange distal I 5,67 
Tejidos blandos de la punta de la falange distal II 3,84 
Tejidos blandos de la punta de la falange distal III 3,95 
Tejidos blandos de la punta de la falange distal IV 3,95 
Tejidos blandos de la punta de la falange distal V 3,73 
Longitud de la mano 182,94 
Distancia entre los metacarpianos radial y cubital (entre las cabezas 
del segundo y quinto metacarpiano) 
85,29 
Circunferencia de la mano, rodeando las articulaciones 
metacarpofalángicas 
213,40 
Distancia punta pulgar-punta índice (palma abierta) 132,50 
Distancia punta pulgar-punta corazón (palma abierta) 178,70 
Distancia punta pulgar-punta anular (palma abierta) 200,40 
Distancia punta pulgar-punta meñique (palma abierta) 218,80 
Longitud dedo pulgar desde la muñeca (palma abierta) 143,60 
Longitud dedo índice desde la muñeca (palma abierta) 187,20 
Longitud dedo corazón desde la muñeca (palma abierta) 193,30 
Longitud dedo anular desde la muñeca (palma abierta) 183,0 
Longitud dedo meñique desde la muñeca (palma abierta) 158,7 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 30 
 
 
Tabla 3.1: Datos antropométricos recopilados. 
Longitud máxima de la palma 118,80 
Perímetro de la muñeca 174,00 
Grosor de la mano 32,80 
Ancho de la articulación IF del dedo I 22,90 
Grosor de la articulación IF del dedo I 20,00 
Perímetro de la articulación IF del dedo I 67,60 
Ancho de la articulación IFD del dedo II 18,40 
Grosor de la articulación IFD del dedo II 15,30 
Perímetro de la articulación IFD del dedo II 53,20 
Ancho de la articulación IFP del dedo II 21,40 
Grosor de la articulación IFP del dedo II 19,30 
Perímetro de la articulación IFP del dedo II 64,10 
Ancho de la articulación IFD del dedo III 18,40 
Grosor de la articulación IFD del dedo III 15,90 
Perímetro de la articulación IFD del dedo III 53,90 
Ancho de la articulación IFP del dedo III 21,80 
Grosor de la articulación IFP del dedo III 20,10 
Perímetro de la articulación IFP del dedo III 65,80 
Ancho de la articulación IFD del dedo IV 17,20 
Grosor de la articulación IFD del dedo IV 15,10 
Perímetro de la articulación IFD del dedo IV 50,90 
Ancho de la articulación IFP del dedo IV 20,20 
Grosor de la articulación IFP del dedo IV 18,90 
Perímetro de la articulación IFP del dedo IV 61,50 
Ancho de la articulación IFD del dedo V 15,70 
Grosor de la articulación IFD del dedo V 13,70 
Perímetro de la articulación IFD del dedo V 46,30 
Ancho de la articulación IFP del dedo V 17,80 
Grosor de la articulación IFP del dedo V 16,60 
Perímetro de la articulación IFP del dedo V 53,90 
 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 31 
 
 
4. Estudio cinemático y dinámico 
4.1. Estudio cinemático 
La cinemática es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos sin 
tomar en consideración las fuerzas que lo producen. Toma como variables de estudio 
la posición, velocidad y aceleración de los elementos que conforman el sistema, 
poniéndolas en función de los parámetros geométricos y cinemáticos del mismo. 
A nivel de una mano robótica, la cinemática describe la relación entre el movimiento de 
cada una de las articulaciones del artefacto y el movimiento resultante de los 
elementos que lo forman. 
Dentro de este campo, residen dos tipos diferentes de estudio. Por un lado, la 
cinemática directa determina la posición y orientación del elemento terminal del 
sistema, en función de la configuración del sistema de eslabones que conforman su 
cadena cinemática. Por otro lado, la cinemática inversa define las posiciones de las 
articulaciones en función de la posición y orientación del elemento terminal dentro del 
espacio de trabajo del sistema. 
Una prótesis de mano, al tratarse de un sistema multi-articulado, con un total de cinco 
elementos terminales, para conseguir la precisión deseada en el control del sistema, 
se requieren múltiples grados de libertad, factor de dificulta y complica en estudio 
cinemático. 
4.1.1. Cinemática directa 
Para este tipo de problemas, donde la complejidad cinemática resulta un 
inconveniente en el estudio, Denavit y Hartenberg desarrollaron un método
matricial 
para establecer de forma sistemática un sistema de coordenadas ligado al cuerpo para 
cada uno de los elementos que conforman una cadena articulada [19]. Su algoritmo se 
basa en cuatro parámetros importantes a considerar: 
 Inicialmente, se dispone geométricamente el sistema hacia una posición de 
referencia, la cual se denomina posición inicial. Una vez realizado este 
posicionamiento, se miden los desplazamientos entre articulaciones del sistema. 
 Seguidamente, se enumeran los elementos del sistema, comenzando por 0 en la 
base hasta n para el elemento terminal. 
 A continuación, se enumeran las articulaciones del sistema, empezando por 1 para 
la primera hasta n para la última. 
 Finalmente, los sistemas de coordenadas se asignan en la intersección entre el 
elemento y la articulación anterior. Considerando los elementos como cuerpos 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 32 
 
 
(Ec. 4.2) 
(Ec. 4.1) 
rígidos, estos están caracterizado por dos parámetros, su longitud y giro. De la 
misma forma, las articulaciones también se definen por dos parámetros, el 
descentramiento del elemento (distancia de un elemento a otro cercano, a lo largo 
del eje de la articulación) y la rotación del elemento respecto al siguiente (giro 
alrededor del eje de la articulación). 
Para describir completamente la relación espacial entre los sistemas de 
coordenadas, el método Denavit-Hartenberg propone los siguientes parámetros: 
 Longitud del elemento (𝑎𝑖): distancia entre el origen del sistema de 
coordenadas 𝑖 y la intersección de los ejes 𝑥𝑖 y 𝑧𝑖−1 en el eje 𝑥𝑖. 
 Giro del elemento (𝛼𝑖): ángulo formado entre el eje 𝑧𝑖−1 al eje 𝑧𝑖 alrededor de 
𝑥𝑖. 
 Descentramiento del elemento (𝑑𝑖): distancia entre el origen de coordenadas 
𝑖 − 1 y la intersección de los ejes 𝑥𝑖 y 𝑧𝑖−1 en el eje 𝑧𝑖−1. 
 Ángulo de articulación (𝜃𝑖): ángulo formado entre el eje 𝑥𝑖−1 al eje 𝑥𝑖 alrededor 
de 𝑧𝑖−1. 
Con estos parámetros, la matriz de transformación entre el sistema de 
coordenadas de un elemento respecto al anterior queda determinada de la 
siguiente forma: 
𝑇𝑖
𝑖−1 = [
cos⁡(𝜃𝑖)
sin⁡(𝜃𝑖)
0
0
−sin⁡(𝜃𝑖) ∙ cos⁡(𝛼𝑖)
cos⁡(𝜃𝑖) ∙ cos⁡(𝛼𝑖)
sin⁡(𝛼𝑖)
0
sin⁡(𝜃𝑖) ∙ sin⁡(𝛼𝑖)
−cos⁡(𝜃𝑖) ∙ sin⁡(𝛼𝑖)
cos⁡(𝛼𝑖)
0
𝑎𝑖 ∙ cos⁡(𝜃𝑖)
𝑎𝑖 ∙ sin⁡(𝜃𝑖)
𝑑𝑖
1
] 
Con ella, se pueden obtener las posiciones y orientaciones de los elementos 
terminales del sistema en función de los parámetros del mismo y de las 
configuraciones de las articulaciones, de acuerdo con la siguiente ecuación: 
𝑃𝑖 = ∏ 𝑇𝑖
𝑖−1
𝑛
𝑖=1
 
Conocido el método a aplicar y los parámetros mismos del sistema, se procede a 
realizar el estudio cinemático de cada uno de los elementos terminales por 
separado, referenciados a las puntas de los cinco dedos de la mano humana. Para 
ello, se opera hasta hallar la cinemática correspondiente a los subsistemas 
trifalángicos (dedos II-V) y posteriormente la del subsistema bifalángico (dedo I). 
Los parámetros del método se fijan de acuerdo con la orientación de los ejes 
propios de cada articulación, tal y como aparece en el Anexo 6: Geometría 
utilizada para el cálculo de la cinemática directa. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 33 
 
 
Cinemática del subsistema trifalángico 
Cada uno de los cuatro dedos trifalángicos cuenta con un total de cuatro grados de 
libertad propios, más dos compartidos. 
Los cuatro independientes para cada subsistema son la flexoextensión de la 
articulación interfalángica distal (IFD), la flexión de la articulación interfalángica 
proximal (IFP) y la flexoextensión, abducción y aducción de la articulación 
metacarpofalángica (MCF). 
Los dos comunes en todos los dedos son los grados de libertad propios de la muñeca 
humana. La flexión palmar y la flexión dorsal se realizan a través del eje transversal de 
la muñeca, que pasa por la articulación proximal de la muñeca (articulación 
radiocarpiana) a través del hueso semilunar y por la articulación distal (articulación 
mediocarpiana) a través del hueso grande. Por otra parte, la abducción radial y cubital 
se realiza mediante el eje dorso-palmar, el cual pasa por el hueso grande implicando 
únicamente la articulación proximal. 
Con la finalidad de simplificar el estudio cinemático y respetar las normas del método 
Denavit-Hartenberg, se considera el conjunto de carpos y metacarpos implicados para 
cada subsistema como un único elemento de dimensiones rígidas. Con dicha 
consideración, cada subsistema cuenta con cuatro elementos rígidos, cuatro 
articulaciones y un total de seis grados de libertad. 
Definidos los ejes y su orientación, así como las dimensiones de los elementos, se 
procede a la caracterización de los parámetros necesarios para el estudio, recogidos 
en la siguiente tabla: 
Juntura 𝒂𝒊 𝜶𝒊 𝒅𝒊 𝜽𝒊 
𝟎 − 𝟏 0 𝜋 2⁄ 0 𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄
+ 𝜃0 
𝟏 − 𝟐 𝐿𝐶+𝑀𝐶 
−𝜋
2⁄ 0 𝜃𝑅𝐶𝐹 
𝟐 − 𝟑 0 𝜋 2⁄ 0 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴 
𝟑 − 𝟒 𝐿𝐹𝑃 0 0 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹 
𝟒 − 𝟓 𝐿𝐹𝑀 0 0 𝜃𝐼𝐹𝑃 
𝟓 − 𝟔 𝐿𝐹𝐷 0 0 𝜃𝐼𝐹𝐷 
 
 
Tabla 4.1: Parámetros teóricos de Denavit-Hartenberg para los sistemas trifalángicos. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 34 
 
 
Siendo: 
 𝐿𝐶+𝑀𝐶: Distancia de la punta distal del metacarpo al eje de abducción/aducción de 
la articulación radiocarpiana. 
 𝐿𝐹𝑃: Longitud de la falange proximal. 
 𝐿𝐹𝑀: Longitud de la falange media. 
 𝐿𝐹𝐷: Longitud de la falange distal. 
 𝜃𝑅𝐶𝐴: Ángulo girado en el eje de abducción/aducción de la articulación 
radiocarpiana (positivo en abducción radial). 
 𝜃0: Ángulo relativo entre los ejes carpometacarpianos y el eje longitudinal del 
antebrazo. 
 𝜃𝑅𝐶𝐹 : Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación radiocarpiana. 
 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴 : Ángulo girado en el eje de abducción/aducción de la articulación 
metacarpofalángica. Para los dedos II y III resulta positivo en abducción, y para los 
dedos IV y V, resulta positivo en aducción. 
 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹 : Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación 
metacarpofalángica. 
 𝜃𝐼𝐹𝑃: Ángulo girado en el eje de flexión de la articulación interfalángica proximal. 
 𝜃𝐼𝐹𝐷: Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación interfalángica 
distal. 
Con todos los parámetros definidos, se construyen las matrices de transformación 
correspondientes a las junturas de los diversos puntos de análisis. 
Juntura de los puntos 0-1 (Abducción radial y cubital en el eje dorso-palmar): 
𝑇𝑗1
0 =
[
 
 
 
cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
0
0
0
0
1
0
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
−cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
0
0
0
0
0
1]
 
 
 
⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Juntura de los puntos 1-2 (Flexión palmar y dorsal en el eje transversal): 
𝑇𝑗1
2 = [
cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
0
0
0
0
−1
0
−sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
0
0
𝐿𝐶+𝑀𝐶 ∙ cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
𝐿𝐶+𝑀𝐶 ∙ sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
0
1
] ⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Juntura de los puntos 2-3 (Abducción y aducción en la articulación MCF): 
(Ec. 4.3) 
(Ec. 4.4) 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 35 
 
 
(Ec. 4.9) 
𝑇𝑗2
3 = [
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
0
0
0
0
1
0
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
−cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
0
0
0
0
0
1
] ⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Juntura de los puntos 3-4 (Flexoextensión en la articulación MCF): 
𝑇𝑗3
4 = [
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
0
−sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
0
0
0
1
0
𝐿𝐹𝑃 ∙ cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
𝐿𝐹𝑃 ∙ sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
1
] ⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Juntura de los puntos 4-5 (Flexión en la articulación IFP): 
𝑇𝑗4
5 = [
cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
0
0
−sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
0
0
0
0
1
0
𝐿𝐹𝑀 ∙ cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
𝐿𝐹𝑀 ∙ sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝑃)
0
1
] ⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Juntura de los puntos 5-6 (Flexoextensión en la articulación IFD): 
𝑇𝑗5
6 = [
cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
0
0
−sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
0
0
0
0
1
0
𝐿𝐹𝐷 ∙ cos⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
𝐿𝐹𝐷 ∙ sin⁡(𝜃𝐼𝐹𝐷)
0
1
] ⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Con dichas matrices, y dadas las configuraciones de las articulaciones, se puede 
determinar la posición espacial y la orientación de las puntas de los dedos II al V, de 
acuerdo con la siguiente fórmula: 
𝑃𝑗 = ∏ 𝑇𝑗𝑖
𝑖−1
6
𝑖=1
⁡⁡⁡𝑗 ∈ [𝐼𝐼, 𝑉] 
Cinemática del subsistema bifalángico 
El dedo pulgar, el único 
bifalángico, cuenta con un total 
de siete grados de libertad, cinco 
propios más dos compartidos. 
Los cinco independientes son la 
flexoextensión (según el eje de 
flexión/extensión) y la abducción i 
aducción (según el eje de 
aducción/abducción) en la 
articulación sellar, la 
(Ec. 4.5) 
(Ec. 4.6) 
(Ec. 4.7) 
(Ec. 4.8) 
Figura 4.1: Detalle de la articulación TMC del pulgar. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 36 
 
 
flexoextensión y la abducción y aducción de la articulación metacarpofalángica (MCF) 
y la flexoextensión de la articulación interfalángica (IF). Cabe destacar que la 
articulación trapeciometacarpiana (TMC o sellar) está rotada 60º respecto la 
referencia, tal y como se muestra en la Figura 4.1. 
Los dos grados de libertad restantes, corresponden a los propios de la muñeca 
humana, tal y como se han explicado en el apartado Cinemática del subsistema 
trifalángico. 
Plasmando la metodología utilizada anteriormente, se prosigue con la descripción de 
los parámetros característicos del método Denavit-Hartenberg: 
Juntura 𝒂𝒊 𝜶𝒊 𝒅𝒊 𝜽𝒊 
𝟎 − 𝟏 0 𝜋 2⁄ 0 𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0 
𝟏 − 𝟐 𝐿𝑇 −5𝜋 6⁄ 
0 𝜃𝑅𝐶𝐹 
𝟐 − 𝟑 0 𝜋 2⁄ 0 𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴 
𝟑 − 𝟒 𝐿𝑀𝐶 
−𝜋
2⁄ 0 𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹 
𝟒 − 𝟓 0 𝜋 2⁄ 0 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴 
𝟓 − 𝟔 𝐿𝐹𝑃 0 0 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹 
𝟔 − 𝟕 𝐿𝐹𝐷 0 0 𝜃𝐼𝐹 
Siendo: 
 𝐿𝑇: Distancia de la punta distal del hueso trapecio al eje de abducción/aducción de 
la articulación radiocarpiana. 
 𝐿𝑀𝐶: Longitud del metacarpo. 
 𝐿𝐹𝑃: Longitud de la falange proximal. 
 𝐿𝐹𝐷: Longitud de la falange distal. 
 𝜃𝑅𝐶𝐴: Ángulo girado en el eje de abducción/aducción de la articulación 
radiocarpiana (positivo en abducción radial). 
 𝜃0: Ángulo relativo entre el eje del trapecio y el eje longitudinal del antebrazo. 
 𝜃𝑅𝐶𝐹 : Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación radiocarpiana. 
 𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴: Ángulo girado en el eje de abducción/aducción de la articulación 
trapeciometacarpiana (positivo para abducción respecto el dedo III). 
 𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹 : Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación 
trapeciometacarpiana. 
Tabla 4.2: Parámetros teóricos de Denavit-Hartenberg para el sistema bifalángico. 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 37 
 
 
 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴 : Ángulo girado en el eje de abducción/aducción de la articulación 
metacarpofalángica (positivo para abducción respecto el dedo III). 
 𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹 : Ángulo girado en el eje de flexión de la articulación metacarpofalángica 
 𝜃𝐼𝐹: Ángulo girado en el eje de flexoextensión de la articulación interfalángica. 
Con todos los parámetros definidos, se construyen las matrices de transformación 
correspondientes a las junturas de los diversos puntos de análisis. 
Juntura de los puntos 0-1 (Abducción radial y cubital en el eje dorso-palmar): 
𝑇𝐼1
0 =
[
 
 
 
cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
0
0
0
0
1
0
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
−cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐴 +
𝜋
2⁄ + 𝜃0)
0
0
0
0
0
1]
 
 
 
 
Juntura de los puntos 1-2 (Flexión palmar y dorsal en el eje transversal): 
𝑇𝐼1
2 =
[
 
 
 
 cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹)
0
0
√3 ∙ sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹) 2⁄
−√3 ∙ cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹) 2⁄
−1 2⁄
0
−sin⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹) 2⁄
cos⁡(𝜃𝑅𝐶𝐹) 2⁄
−√3 2⁄
0
𝐿𝑇 ∙ cos⁡(𝜃𝑇)
𝐿𝑇 ∙ sin⁡(𝜃𝑇)
0
1 ]
 
 
 
 
 
Juntura de los puntos 2-3 (Abducción y aducción de la articulación sellar): 
𝑇𝐼2
3 = [
cos⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴)
sin⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴)
0
0
0
0
1
0
sin⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴)
−cos⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐴)
0
0
0
0
0
1
] 
Juntura de los puntos 3-4 (Flexoextensión de la articulación sellar): 
𝑇𝐼3
4 = [
cos⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
sin⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
0
0
0
0
−1
0
−sin⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
cos⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
0
0
𝐿𝑀𝐶 ∙ cos⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
𝐿𝑀𝐶 ∙ sin⁡(𝜃𝑇𝑀𝐶𝐹)
0
1
] 
Juntura de los puntos 4-5 (Abducción y aducción de la articulación MCF): 
𝑇𝐼4
5 = [
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
0
0
0
0
1
0
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
−cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐴)
0
0
0
0
0
1
] 
 
 
 
(Ec. 4.10) 
(Ec. 4.11) 
(Ec. 4.12) 
(Ec. 4.13) 
(Ec. 4.14) 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 38 
 
 
(Ec. 4.17) 
Juntura de los puntos 5-6 (Flexoextensión de la articulación MCF): 
𝑇𝐼5
6 = [
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
0
−sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
0
0
0
1
0
𝐿𝐹𝑃 ∙ cos⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
𝐿𝐹𝑃 ∙ sin⁡(𝜃𝑀𝐶𝐹𝐹)
0
1
] 
 
Juntura de los puntos 6-7 (Flexoextensión de la articulación IF): 
𝑇𝐼6
7 = [
cos⁡(𝜃𝐼𝐹)
sin⁡(𝜃𝐼𝐹)
0
0
−sin⁡(𝜃𝐼𝐹)
cos⁡(𝜃𝐼𝐹)
0
0
0
0
1
0
𝐿𝐹𝐷 ∙ cos⁡(𝜃𝐼𝐹)
𝐿𝐹𝐷 ∙ sin⁡(𝜃𝐼𝐹)
0
1
] 
Con dichas matrices, y dadas las configuraciones de las articulaciones, se puede 
determinar la posición espacial y la orientación de la punta del dedo I, de acuerdo con 
la siguiente fórmula: 
𝑃𝐼 = ∏ 𝑇𝐼𝑖
𝑖−1
6
𝑖=1
 
Como los cálculos cinemáticos directos se basan en productos matriciales, un método 
rápido y efectivo es su resolución mediante software especializado en tratar matrices. 
En este caso, mediante el programa MatLab, se genera el script necesario para 
simular la cinemática directa de este sistema multi-articulado y corroborar numérica y 
visualmente su correcto planteamiento. 
4.1.2. Cinemática inversa 
Para poder determinar la configuración de las articulaciones en función de la posición 
y orientación de los diversos elementos terminales, se hará uso de algoritmos de 
aproximación de puntos mediante herramientas tipo software. Esta elección se debe a 
la elevada complejidad del sistema, factor que impide la resolución de la cinemática 
inversa mediante el uso de métodos clásicos, como son los métodos geométricos, la 
resolución a partir de matrices de transformación homogénea o el desacoplamiento 
cinemático. 
Como el sistema pretende invertir el menor tiempo posible en la resolución de dicha 
cinemática, el algoritmo utilizado debe ser uno de los más veloces desarrollados a día 
de hoy. A su vez, también debe de utilizar operaciones de aritmética básica para poder 
ser implementado en cualquier código sin la necesidad de requerir librerías de alta 
complejidad y alto coste computacional. 
(Ec. 4.15) 
(Ec. 4.16) 
Diseño conceptual de una prótesis de mano Pág. 39 
 
 
Cumpliendo ambos requisitos, y demostrada su eficacia y efectividad, se encuentra el 
método FABRIK (Forward And Backward Reaching Inverse Kinematics) [20]. Sus 
ventajas, respecto otros métodos como CCD, uso de Jacobianos o triangulación, son 
su bajo número de iteraciones, su bajo coste computacional y la producción de 
posiciones visualmente realistas. 
FABRIK se basa en una búsqueda de puntos sobre rectas superponiendo estos 
mediante aproximaciones lineales. Primero desplaza el punto terminal hacia el 
objetivo, colocando el siguiente en la línea que une el objetivo con el anterior, y así 
sucesivamente hasta llegar al punto base. Entonces, coloca el punto base en el origen 
y realiza el mismo bucle a la inversa, convergiendo para cada iteración los diversos 
puntos que forman el sistema hasta llegar a la configuración final, la deseada. 
Para una mejor clarificación del algoritmo, se 
adjunta la Figura 4.2. Suponiendo que el sistema 
parte de la configuración espacial ilustrada en 
(a), se pretende conseguir que punto P4 alcance 
la posición t y que el punto P1 mantenga su 
posición inicial. En la primera iteración, se 
traslada el punto P4 a t (b) y se crea una recta 
que une el punto P4’ con P3. El nuevo punto P3 
se situa a una distancia d3 de P4’, convirtiéndose 
en P3’ (c). Esta metodología se aplica al resto de 
puntos del sistema, hasta