BC-3530 ESTRELLA COLLANTES - LOPEZ PISFIL

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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO 
 
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO DE PRÓTESIS BIÓNICA, USANDO 
TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN 3D PARA PERSONAS DISCAPACITADAS POR 
AMPUTACIONES TRANSRADIALES DEL BRAZO DERECHO 
 
TESIS 
PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE 
INGENIERO ELECTRÓNICO 
 
 
PRESENTADO POR: 
BR. ESTRELLA COLLANTES MIGUEL JOE DANIEL 
BR. LÓPEZ PISFIL YURI ERWIN 
 
 
ASESOR: 
Dr. Julio Ernesto Quispe Rojas 
 
LAMBAYEQUE – PERÚ 
2019 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO 
 
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
TESIS 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO DE PRÓTESIS BIÓNICA, USANDO 
TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN 3D PARA PERSONAS DISCAPACITADAS POR 
AMPUTACIONES TRANSRADIALES DEL BRAZO DERECHO 
 
PARA OBTENER ELTITULO DE PROFESIONAL DE 
INGENIERO ELECTRONICO 
 
SUSTENTADA POR: 
 
 
 
 _________________________ _____________________ 
Bach. Estrella Collantes Miguel Joe Daniel Bach. Yuri Erwin López Pisfil 
Autor Autor 
 
 
 
_________________________ 
Dr. Julio Ernesto Quispe Rojas 
Asesor 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO 
 
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
TESIS 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO DE PRÓTESIS BIÓNICA, USANDO 
TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN 3D PARA PERSONAS DISCAPACITADAS POR 
AMPUTACIONES TRANSRADIALES DEL BRAZO DERECHO 
 
PARA OBTENER ELTITULO DE PROFESIONAL DE 
INGENIERO ELECTRONICO 
 
APROBADA POR: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LAMBAYEQUE – PERÚ 
2019 
 
 
 
5 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
 
 
 
Yuri López P. 
 López Pisfil Yuri Erwin 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Miguel Estrella C. 
 Estrella Collantes Miguel Joe Daniel 
 
 
 
A mis padres, por el sacrificio 
realizado para poder alcanzar esta meta. 
A mis seres queridos que estuvieron 
apoyándome en todo momento. A mis 
abuelos quienes dejaron este mundo y 
desde el cielo estarán protegiéndome. 
Quiero dedicar este escalón de 
mi vida profesional a mis padres, que 
estuvieron detrás mío dándome el 
impulso desde pequeño para poder 
lograr este objetivo, así mismo a mis 
seres queridos que siempre creyeron en 
mí y sabían que este momento llegaría. 
6 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
Primero agradecer a Dios por permitirnos llegar hasta este momento tan esperado para la 
realización de sustentación de este proyecto. 
 
A nuestros padres por su dedicación, paciencia y apoyo en esta meta lograda, que nos 
ayudaron a cumplir el reto de ser profesionales para servir a Dios y la sociedad. 
 
A nuestros profesores de la escuela profesional por los conocimientos brindados y 
responsabilidad en sus enseñanzas. 
 
A nuestros amigos, por ser un buen grupo de apoyo en los trabajos en equipo, con 
buenas ideas, motivaciones y responsabilidades. 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
RESUMEN 
 
La presente tesis realizada se basó en el diseño y construcción de un prototipo de 
prótesis biónica, usando tecnología de impresión 3D, para personas discapacitadas por 
amputaciones transradiales del brazo derecho, generándoles así movilidad y puedan acometer 
tareas sencillas aumentando su autonomía. El diseño de la prótesis fue realizado mediante un 
software de diseño en 3D ya que para su fabricación se utilizó tecnología de impresión 3D, 
teniendo en cuenta la estética, dimensiones y costos. También se diseñaron mecanismos para 
poder lograr la realización de movimientos básicos como la flexión y extensión de los dedos, 
pronación y supinación de la mano. 
 
Con la prótesis ya construida y al ser ensamblada con los circuitos electrónicos que 
son los responsables en la activación de los movimientos, controlados por un microcontrolador 
ARM Cortex-M3 de 32 bits a 84Mhz, obtendremos un prototipo de prótesis biónica. Su sistema 
de funcionamiento se basa en recibir un impulso muscular (presión) de una persona, el cual se 
percibe mediante un sensor y es interpretada como una señal, esta señal es procesada por el 
microcontrolador que es el encargado de ejecutar las distintas funciones programadas y la 
activación de los actuadores mecánicos. De esta manera se pudo realizar los movimientos 
básicos de la mano realizando tareas sencillas aumentando la autonomía de la persona 
amputada; este proyecto combina los conocimientos de la quinesiología (los movimientos del 
cuerpo), la electrónica y la mecánica. 
 
Palabras Claves: 
Prótesis biónica, amputación transradial, impresión 3D, microcontrolador. 
 
 
 
 
 
8 
 
ABSTRACT 
 
This thesis was based on the design and construction of a bionic prosthesis prototype, 
using 3D printing technology, for disabled people by transradial amputations of the right arm, 
thus generating mobility and can undertake simple tasks increasing their autonomy. The design 
of the prosthesis was made using 3D design software since 3D printing technology was used 
for its manufacture, taking into account aesthetics, dimensions and costs. Mechanisms were 
also designed to achieve basic movements such as flexion and extension of the fingers, 
pronation and supination of the hand. 
 
When the prosthesis is already built and being assembled with the electronic circuits 
that are responsible for the activation of the movements, controlled by an ARM Cortes-M3 
microcontroller of 32 bits at 84Mhz, we will obtain a prototype of a bionic prosthesis. Its 
operating system is based on receiving a muscle impulse (pressure) from a person, which is 
perceived by a sensor and is interpreted as a signal, this signal is processed by microcontroller 
that is responsible for executing the various programmed functions and the activation of 
mechanical actuators. In this way it was possible to perform the basic movements of the hand 
performing simple tasks increasing the autonomy of the amputee. This project combines the 
knowledge of kinesiology (body movements), electronics and mechanics properly. 
 
Keywords: 
Bionic prosthesis, transradial amputation, 3D printing, microcontroller 
 
 
 
9 
 
ÍNDICE 
 
1. CAPÍTULO 1 ................................................................................................................... 17 
 INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 18 
1.1.1. Planteamiento del Problema Científico .......................................................... 19 
1.1.2. Problema......................................................................................................... 21 
1.1.3. Hipótesis ......................................................................................................... 21 
1.1.4. Objetivos ........................................................................................................ 21 
1.1.4.1. Objetivos Generales ................................................................................ 21 
1.1.4.2. Objetivos Específicos ............................................................................. 21 
1.1.5. Justificación e Importancia............................................................................. 22 
 ANTECEDENTES ................................................................................................ 24 
Open Bionics ................................................................................................................ 24 
Pixed Perú .................................................................................................................... 24 
1.2.1. Tesis Internacional ......................................................................................... 25 
1.2.1.1. Diseño y simulación de un prototipo de prótesis de mano bioinspirada con 
cinco grados de libertad ...............................................................................................25 
1.2.2. Tesis Nacionales ............................................................................................. 26 
1.2.2.1. Diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica transradial .. 26 
1.2.2.2. Diseño y construcción de una mano protésica........................................ 27 
2. CAPÍTULO 2 ................................................................................................................... 28 
 MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 29 
2.1.1. Fisiología de la mano humana ........................................................................ 29 
2.1.1.1. Estructura Ósea De La Mano.................................................................. 29 
2.1.1.2. Músculos de la mano humana. ............................................................... 31 
2.1.1.3. Antropometría de la mano ...................................................................... 32 
2.1.1.3.1. Longitud y anchura de la mano y palma ......................................... 32 
2.1.1.3.2. Longitud de las falanges ................................................................. 33 
10 
 
2.1.2. Movimientos de la mano ................................................................................ 34 
2.1.2.1. Flexión de la Mano ................................................................................. 34 
2.1.2.2. Extensión de la Mano ............................................................................. 34 
2.1.2.3. Abducción Radial y Cubital de la Mano ................................................ 35 
2.1.2.4. Movimiento de Rotación o Pronosupinación ......................................... 35 
2.1.2.4.1. Movimiento de Supinación ............................................................. 35 
2.1.2.4.2. Movimiento de Pronación ............................................................... 35 
2.1.3. Movimiento de los dedos ............................................................................... 36 
2.1.3.1. Flexión-Extensión de los Dedos Trifalángicos ....................................... 36 
2.1.3.2. Movimientos del dedo pulgar ................................................................. 36 
2.1.3.3. Movimientos de oposición-reposición.................................................... 37 
2.1.4. Prensión de la mano ....................................................................................... 37 
2.1.4.1. Prensión sin intervención necesaria del pulgar ....................................... 38 
2.1.4.2. Prensión con intervención del pulgar ..................................................... 38 
2.1.4.2.1. Prensión fuerza ................................................................................ 38 
2.1.4.2.2. Prensiones delicadas ....................................................................... 39 
2.1.5. Amputación del miembro superior ................................................................. 39 
2.1.5.1. Tipos de amputaciones en miembros superiores .................................... 40 
2.1.6. Breve Historia de las Protesis......................................................................... 41 
2.1.7. Tipos de Prótesis ............................................................................................ 44 
2.1.7.1. Prótesis estéticas o cosméticas ............................................................... 44 
2.1.7.2. Prótesis Mecánicas ................................................................................. 44 
2.1.7.3. Prótesis Eléctricas ................................................................................... 45 
2.1.7.4. Prótesis Mioeléctrica .............................................................................. 45 
2.1.8. Elementos de Diseño ...................................................................................... 46 
2.1.8.1. Servomotor DC ....................................................................................... 46 
2.1.8.1.1. Servomotor SG90 ............................................................................ 47 
11 
 
2.1.8.1.2. Servomotor MG996R ...................................................................... 48 
2.1.8.2. Sensor FSR ............................................................................................. 49 
2.1.8.3. Keypad o Teclado Matricial 4X3 ........................................................... 50 
2.1.8.4. Arduino DUE .......................................................................................... 51 
2.1.8.5. Batería Ion-litio Ultra fire ....................................................................... 52 
2.1.8.6. Regulador de Voltaje 7805 ..................................................................... 53 
2.1.8.7. Impresora 3D .......................................................................................... 53 
2.1.8.8. Software de Diseño 3D ........................................................................... 54 
3. CAPÍTULO 3 ................................................................................................................... 55 
 DISEÑO DEL PROTOTIPO ................................................................................. 56 
3.1.1. Diagrama de Bloques ..................................................................................... 57 
3.1.2. Estructura de Diseño para el Mecanismo de Funcionamiento ....................... 59 
3.1.2.1. Estructura de un dedo ............................................................................. 59 
3.1.2.2. Estructura de la palma ............................................................................ 60 
3.1.2.3. Estructura del antebrazo ......................................................................... 61 
3.1.3. Dimensiones del Prototipo ............................................................................. 62 
3.1.3.1. Dimensiones del Antebrazo .................................................................... 62 
3.1.3.2. Dimensiones de la mano ......................................................................... 62 
3.1.3.3. Dimensiones de las falanges ................................................................... 63 
3.1.4. Planos generales y fabricación ....................................................................... 65 
3.1.4.1. Lista de Piezas del Prototipo .................................................................. 65 
3.1.4.2. Plano General de la mano ....................................................................... 66 
3.1.4.3. Plano General del Antebrazo .................................................................. 67 
3.1.5. Costos de Fabricación .................................................................................... 68 
4. CAPÍTULO 4 ................................................................................................................... 69 
 IMPLEMENTACIÓN MECÁNICA Y ELECTRÓNICA DEL PROTOTIPO .... 70 
4.1.1. Ensamblaje mecánico de mano y antebrazo. .................................................. 71 
12 
 
4.1.2. Implementación del hardware para control y funcionamiento de la prótesis . 75 
4.1.2.1. Implementación del Hardware en la Mano............................................. 75 
4.1.2.2. Implementación de Hardware en el antebrazo ....................................... 76 
4.1.3. Código de Programación ................................................................................ 81 
4.1.3.1. Diagrama de Flujo de la Programación .................................................. 84 
4.1.4. Compilación y Cargado del Código Programado a la placa Arduino Due .... 85 
 COMPROBACIÓN DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO .................... 87 
4.2.1. Comprobación de Movimientos Principales de la Prótesis ............................ 88 
4.2.1.1. Movimiento de flexión y extensión de los dedos ...................................88 
4.2.1.2. Movimiento de pronación y supinación ................................................. 90 
4.2.1.3. Movimiento tipo pinza............................................................................ 91 
4.2.1.4. Movimiento pronación y supinación con mano cerrada o puño ............. 92 
4.2.2. Comprobación de movimientos complementarios ......................................... 93 
4.2.2.1. Flexión y Extensión de los dedos en Tiempo Real ................................. 93 
4.2.2.2. Flexión y Extensión Programado ........................................................... 94 
4.2.2.3. Pronación y Supinación .......................................................................... 95 
4.2.2.4. Pinzas o Presas de precisión: .................................................................. 95 
4.2.2.4.1. Presa Digitopalmar:......................................................................... 95 
4.2.2.4.2. Pinza por oposición terminal........................................................... 97 
4.2.2.5. Movimientos adicionales ........................................................................ 98 
5. CAPÍTULO 5 ................................................................................................................. 101 
 CONCLUSIONES ............................................................................................... 102 
 RECOMENDACIONES ..................................................................................... 103 
 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 104 
 ANEXOS ............................................................................................................. 106 
 
13 
 
INDICE DE FIGURAS 
FIGURA 1: Prototipo de Prótesis, Universidad Nacional de Colombia ................... 25 
FIGURA 2: Diseño mecánico de un prototipo de prótesis trasradial, PUCP ............ 26 
FIGURA 3: Mano protésica, U. Católica de Santa María ......................................... 27 
FIGURA 4: Estructura Ósea de la Mano ................................................................... 30 
FIGURA 5: Músculos de la mano ............................................................................. 31 
FIGURA 6: Flexión de la mano................................................................................. 34 
FIGURA 7: Extensión de la mano ............................................................................. 34 
FIGURA 8: Abducción cubital y radial de la mano .................................................. 35 
FIGURA 9: Movimiento de Supinación y Pronación de la mano ............................. 36 
FIGURA 10: Flexión y Extensión de los dedos Trifalángicos .................................. 36 
FIGURA 11: Reposición del dedo Pulgar ................................................................. 37 
FIGURA 12: Oposición del dedo Pulgar ................................................................... 37 
FIGURA 13: Gancho con todos los dedos trifalángicos sin intervención con fuerza de 
la palma ni el pulgar .................................................................................................. 38 
FIGURA 14: Prensión a plena mano(izq) y Prensión del abductor(der) ................... 39 
FIGURA 15: Prensión delicada con el dedo pulgar .................................................. 39 
FIGURA 16: Niveles de Amputación........................................................................ 40 
FIGURA 17: Evolución protésica ............................................................................. 41 
FIGURA 18: Prótesis de Momia Egipcia .................................................................. 41 
FIGURA 19: Mano de hierro de Alt-Ruppin ............................................................. 42 
FIGURA 20: Mano de Götz Von Berlichingen ........................................................ 42 
FIGURA 21: Mano artificial móvil de Le petit Loraine. ........................................... 42 
FIGURA 22: Brazo del Conde Beafort. .................................................................... 43 
FIGURA 23: Prótesis estética o cosmética ................................................................ 44 
FIGURA 24: Prótesis mecánica con gancho. ............................................................ 45 
FIGURA 25: Prótesis mecánica con guante .............................................................. 45 
FIGURA 26: Prótesis de mano activa eléctrica ......................................................... 45 
FIGURA 27: Prótesis Mioeléctrica. .......................................................................... 46 
FIGURA 28: Estructura interna de un Servomotor DC............................................. 46 
FIGURA 29: Pulsos PWM para control de servomotor ............................................ 47 
FIGURA 30: Servomotor DC .................................................................................... 47 
FIGURA 31: Pulsos de trabajo del servomotor SG90 ............................................... 48 
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14 
 
FIGURA 32: Servomotor SG90 ................................................................................ 48 
FIGURA 33: Pulsos de trabajo del servomotor MG 996R ........................................ 48 
FIGURA 34: Servomotor SG996R ............................................................................ 48 
FIGURA 35: Sensor FSR .......................................................................................... 49 
FIGURA 36: Construcción del Sensor FSR .............................................................. 49 
FIGURA 37: Fuerza vs Resistencia del sensor FSR ................................................. 50 
FIGURA 38: Keypad o Teclado Matricial 4X3 ........................................................ 51 
FIGURA 39: Schematic Keypad ............................................................................... 51 
FIGURA 40: Arduino DUE ....................................................................................... 52 
FIGURA 41: Batería Ion-litio Ultra fire .................................................................... 52 
FIGURA 42: Regulador de voltaje 7805 ................................................................... 53 
FIGURA 43: Impresora 3D BQ Hephestos ............................................................... 53 
FIGURA 44: Impresora 3D de PLA, Replicator ....................................................... 53 
FIGURA 45: Software de Diseño 3D AUTODESK INVENTOR ........................... 54 
FIGURA 46: Software de Diseño 3D SOLID WORKS ............................................ 54 
FIGURA 47: Diseño 3D del prototipo en Inventor ................................................... 57 
FIGURA 48: Diagrama de Bloques ........................................................................... 58 
FIGURA 49: Estructura de un dedo en 3D ................................................................ 59 
FIGURA 50: Estructura de la palma en 3D ............................................................... 60 
FIGURA 51: Vista Superior del Antebrazo ............................................................... 61 
FIGURA 52: Vista inferior del Antebrazo ................................................................ 61 
FIGURA 53: Vista lateral del Antebrazo .................................................................. 61 
FIGURA 54: Impresión del brazalete para pruebas .................................................. 70 
FIGURA 55: Piezas del prototipo por impresión 3D ................................................ 70 
FIGURA 56: Falanges y ejes del Prototipo ............................................................... 71 
FIGURA 57: Ensamblaje de dedo del Prototipo ....................................................... 72 
FIGURA 58: Resultado del ensamblaje de los dedos del prototipo .......................... 73 
FIGURA 59: Piezas y unión del antebrazo del prototipo .......................................... 74 
FIGURA 60: Implementación del Hardware en la Mano del Prototipo .................... 75 
FIGURA 61: Implementación de voltaje y circuito regulador .................................. 76 
FIGURA 62: Circuito electrónico del prototipo ........................................................ 77 
FIGURA 63: Implementación de los circuitos en el antebrazo ................................. 78 
FIGURA 64: Posicionamiento del servormotor MG996R ........................................ 79 
FIGURA 65: Unión de mano y antebrazo mediante el servormotor MG996R ......... 79 
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15 
 
FIGURA 66: Prototipo de Prótesis Biónica............................................................... 80 
FIGURA 67: Compilación del código programado................................................... 85 
FIGURA 68: Carga del código programado al Arduino DUE .................................. 86 
FIGURA 69: Brazalete para pruebas de funcionamiento .......................................... 87 
FIGURA 70: Flexión y Extensión de dedos de la Prótesis ........................................ 89 
FIGURA 71: Pronación y Supinación de mano de la Prótesis .................................. 90 
FIGURA 72: Movimiento tipo Pinza de la Prótesis .................................................. 91 
FIGURA 73: Pronación y Supinación con mano cerrada o puño .............................. 92 
FIGURA 74: Flexión y Extensión de los dedos a tiempo real .................................. 93 
FIGURA 75: Flexión y Extensión por pulso............................................................. 94 
FIGURA 76: Pronación Supinación de la Prótesis ................................................... 95 
FIGURA 77: Presa digitopalmar combinado con pronación y supinación ............... 96 
FIGURA 78: Presa digitopalmar utilizada para mover objetos ................................. 96 
FIGURA 79: Presa Digitopalmar utilizada para sostener un vaso ............................ 97 
FIGURA 80: Pinza por oposición terminal para sostener una cuchara ..................... 98 
FIGURA 81: Pinza por oposición Terminal .............................................................. 98 
FIGURA 82: Uso de un mouse con la prótesis.......................................................... 99 
FIGURA 83: Conteo con los dedos de la prótesis ..................................................... 99 
 
 
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16 
 
Tabla 1: Datos experimentales medidas de la mano ................................................. 33 
Tabla 2: Datos experimentales de los dedos ............................................................. 33 
Tabla 3: Dimensiones del antebrazo del prototipo ................................................... 62 
Tabla 4: Dimensiones de la mano del prototipo ....................................................... 62 
Tabla 5: Dimensiones del dedo meñique del prototipo ............................................ 63 
Tabla 6: Dimensiones del dedo anular del prototipo ................................................. 63 
Tabla 7: Dimensiones del dedo medio del prototipo ................................................ 64 
Tabla 8: Dimensiones del dedo índice del prototipo ................................................ 64 
Tabla 9: Dimensiones del dedo pulgar del prototipo ................................................ 64 
Tabla 10: Costos de materiales .................................................................................. 68 
Tabla 11: Costo de Fabricación de la prótesis ........................................................... 68 
17 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. CAPÍTULO 1
18 
 
 INTRODUCCIÓN 
La palabra mano proviene Del latín “manipulus”, por tanto “el hombre es aquel que 
tiene manos para manipular”. Se considera que después del cerebro, la mano es el tesoro más 
grande del hombre, por su desempeño diario en las distintas actividades como la protección, 
alimentación, combate, creación, dibujar, moldear, etc. Aristóteles nos define a la mano como 
“el instrumento que antecede a todos los instrumentos productivos”, ya que entiende a la mano 
más como un órgano de investigación que de locomoción. Anaxágoras nos da a conocer que 
gracias a ella la humanidad se había convertido en la especie más inteligente de todos los seres 
vivos. 
 
Podemos darnos cuenta la importancia de la mano, y es ahí donde el hombre a lo largo 
de la historia al perder una parte del cuerpo como el de la mano, ha querido suplir su 
funcionamiento. Dando así el inicio a la construcción de prótesis. Una prótesis se diseña con 
el objetivo de suplir la pérdida de algún miembro o parte del cuerpo debido a diferentes causas 
que generan esta sustitución, las más comunes son por algún un tipo de accidente, 
enfermedades crónicas como la diabetes o de nacimiento (mal congénito). 
 
Existen distintos tipos de prótesis ya sea por su funcionalidad (mecánica, robótica o 
biónica) o simplemente para un uso estético (sin movimiento). Para las primeras prótesis 
desarrolladas, se comenzó utilizando materiales como la madera, el hierro y posteriormente el 
cuero, pero atreves del desarrollo de nuevas tecnologías, los materiales utilizados actualmente 
son el aluminio, plástico, fibra de carbono, fibra de vidrio, titanio, y también nuevos métodos 
como la tecnología de impresiones 3D, las nuevas metodologías de fabricación de las prótesis 
muestran un notable avance, tanto en funcionalidad como en recubrimientos que las hacen 
increíblemente similares a la mano humana, por lo cual dependiendo el tipo de tecnología 
utilizada en la prótesis determinará el costo por la adquisición de éstas prótesis, siendo en 
muchas de ellas un precio muy elevado e inalcanzables para la gran mayoría de personas que 
necesitan una prótesis. Por lo cual el desarrollo de este proyecto tiene como objetivo reducir 
costos y brindar resultados similares. 
 
19 
 
Este proyecto de Tesis se basó en el diseño y construcción de una prótesis biónica, su 
fabricación se realizó con tecnología de impresión 3D, utilizando esta tecnología nos ayudó 
en la creación del prototipo, pudiendo modificar parte por parte cada pieza mediante un 
software (Autodesk Inventor), teniendo en cuenta las dimensiones referenciales de una mano 
humana con el tamaño de los componentes electrónicos y mecánicos del prototipo para la 
fabricación de los dedos, la palma y el antebrazo, obteniendo así dimensiones adecuadas para 
la prótesis con el fin de ensamblar todos los componentes de circuitería y mecanismos que se 
encuentran en la parte interna del prototipo y poder lograr su funcionamiento. El control de 
movimientos está dado por una tarjeta de desarrollo llamada Arduino Due, que es una placa 
con un microcontrolador de 32 bits CortexM3 ARM y con un entorno de desarrollo, diseñada 
para facilitar el uso de la electrónica y programación del microcontrolador, esta tarjeta 
encargada de ejecutar las instrucciones previamente programadas al microcontrolador junto 
con la actividad de los servomotores, sensores y mecanismos de diseño, se realizaron algunas 
funciones básicas de movimientos de la mano como la flexión - extensión de los dedos y la 
supinación - pronación de la mano. 
 
1.1.1. Planteamiento del Problema Científico 
En el Día de la Persona con Discapacidad, el INEI dio a conocer en el año 2014, 
resultados de la primera Encuesta Nacional Especializada sobre Discapacidad realizada en el 
año 2012 (ENEDIS 2012). Los resultados dieron a conocer que las personas con discapacidad 
representarían el 5,2% de la población peruana (1 millón 575 mil 402 personas). De este total, 
el 52,1% son mujeres, que equivale a 820 mil 731personas y 47,9% son hombres (754 mil 
671), es decir, es mayor la proporción de mujeres que tienen alguna discapacidad. El estudio 
mostró que la discapacidad motora (dificultad para moverse o caminar y/o para usar brazos o 
piernas), es la que más afecta, alcanzando 932 mil personas (59,2%). Este tipo de discapacidad 
se presenta en personas de edad avanzada (32,5%), con enfermedad crónica (24,4%), 
genético/congénito o de nacimiento (9,8%), enfermedad común (6,8%), accidente común fuera 
del hogar (4,9%), accidente común en el hogar (4,6%), accidente de tránsito (4,0%), entre otros. 
(INEI, Primera Encuesta Nacional Especializada Sobre Discapacidad 2012, 2014) 
 
20 
 
En los datos dados por ENEDIS se observa que existen un número significativo de 
personas con discapacidad motora, entre ellas personas con discapacidad motora del brazo que 
han perdido la movilidad de este miembro superior, ya sea por amputaciones o de nacimiento, 
sin embargo, estas personas no cuentan con una solución ante esta deficiencia física. Debido a 
la pérdida de movimiento del brazo estas personas no tienen un fácil acceso a las oportunidades 
laborales ya que la mayoría no cuenta con el dinero suficiente para poder obtener una prótesis 
que pueda suplir la parte anatómica faltante del cuerpo. (INEI, Caracterización de las 
condiciones de vida de la poblacion con discapacidad, 2015) 
 
Cabe mencionar que actualmente en nuestro país cuenta con pocas empresas que 
puedan ofertar prótesis para satisfacer las necesidades de estas personas y mucho menor con 
fabricantes de prótesis. Sólo algunas personas como las de ingreso económico alto pueden 
adquirir una prótesis, por lo general adquieren prótesis ortopédicas ya que las prótesis biónicas 
son muy costosas dependiendo del material y la tecnología. Podemos encontrar tipos o formas 
de fabricación, las prótesis de titanio, fibra de vidrio, acero o aluminio que se fabrican en China, 
Reino Unido, Alemania o EEUU y dependiendo de la tecnología empleada para realizar 
movimientos, se acercan a los 20 mil hasta 100 mil dólares. Siendo un precio excesivo para la 
gran mayoría de las personas que cuentan con este tipo de discapacidad. Si bien existen 
compañías como Exiii que ofrecen sosfware y hadware libre para la fabricación de estas 
prótesis, la persona interesada debe contar con una impresora 3D, o mandar a fabricarlas su 
prótesis, este tipo de fabricación desarrollada a partir de la impresión en 3D, tienen un menor 
costo, pero serian sólo de uso estético ya que no cuenta con movilidad. Por el contrario, las 
prótesis biónicas o robotizadas, si permite a la persona amputada tener movilidad para poder 
realizar tareas sencillas. 
 
Existe una gran población con una necesidad de querer suplir la parte faltante del 
cuerpo como el de mano o antebrazo, pero se cuenta con muy pocas soluciones. Es por eso la 
importancia del desarrollo de este proyecto, con el diseño y construcción de un prototipo de 
prótesis de miembro superior de bajo costo, las personas amputadas podrán satisfacer algunas 
de las necesidades de movimiento, ya que la prótesis posee características que la hacen muy 
parecida a la mano humana. 
 
21 
 
1.1.2. Problema 
¿Cómo lograr que una persona discapacitada por una amputación transradial del brazo 
derecho genere movilidad y puedan acometer tareas sencillas aumentando su autonomía? 
 
1.1.3. Hipótesis 
Si diseñamos y construimos un prototipo de prótesis biónica, usando tecnología de 
impresión 3D para personas discapacitadas por amputaciones transradiales del brazo derecho, 
entonces se permitirá que generen movilidad y puedan acometer tareas sencillas aumentando 
su autonomía. 
1.1.4. Objetivos 
 
1.1.4.1. Objetivos Generales 
Diseñar y construir un prototipo de prótesis biónica, para personas discapacitadas por 
amputaciones transradiales del brazo derecho que permita la movilidad de la mano y 
realización de tareas sencillas aumentando su autonomía. 
1.1.4.2. Objetivos Específicos 
 Diseñar el soporte de la prótesis biónica utilizando tecnología 3D mediante un 
software adecuado, que sea compatible con la estética y dimensiones del 
paciente. 
 
 Diseñar el mecanismo para los movimientos básicos de la mano y dedos: 
Flexión y extensión de los dedos, pronación y supinación de la mano, y realizar 
pruebas de funcionamiento. 
 
 Evaluar la movilidad y las tareas sencillas en una demostración del prototipo, 
con una persona o un discapacitado, así como los aspectos estéticos con el 
paciente. 
22 
 
1.1.5. Justificación e Importancia 
En nuestra actualidad los accidentes son muy frecuentes como también un mal 
congénito y ningún ser humano está exento a ellos, no obstante, estos incidentes pueden generar 
la pérdida de un miembro o parte del cuerpo humano por amputaciones a causa de estos 
accidentes o mal congénito. 
Una amputación del brazo donde se pierda la movilidad de la implica muchas 
complicaciones tanto laborales como desarrollo personal ya que se considera a la mano como 
el tesoro más grande del hombre, después del cerebro, y no sólo por las actividades 
fundamentales concernientes a la protección, comida, combate, sino también en la creación, tal 
como construir, dibujar y hasta pensar. Visto así, la frase de Aristóteles que define la mano 
como “El instrumento que antecede a todos los instrumentos productivos” cobra sentido. Desde 
un punto de vista más práctico, la mano es la prolongación del cerebro. (Monreal Gonzáles, 
2007) 
Lo ideal para una sociedad es que todos tengan un mejor estilo de vida, y para las 
personas que han sufrido accidentes quedando en una discapacidad o que han nacido con una 
malformación, no tienen por qué sufrir o ser marginados ante la sociedad, por el cual el ser 
humano ha buscado la manera de como satisfacer la necesidad que genera la falta de un 
miembro, incorporando diversos dispositivos como una prótesis. En nuestro país, Perú, las 
empresas que se dedican al diseño y construcción de prótesis biónicas son casi nulas, por esta 
razón la mayoría de los productos en el mercado son importados y de un costo muy elevado. 
En la mayoría de fabricantes podemos encontrar que este tipo de tecnología se puede obtener 
desde 15 mil dólares hasta los 100 mil dólares aproximadamente, dependiendo el tipo de 
tecnología, durabilidad y estética, siendo un precio excesivo e inalcanzable para la gran 
mayoría de personas que cuentan con este tipo de discapacidad, de esta manera la obtención de 
esta clase de productos se limita sólo a personas con niveles socioeconómicos altos. 
La pérdida de un miembro del cuerpo, como el del miembro superior, también genera 
que el paciente quede dañado psicológicamente, ya que luego de perder un miembro, “La 
persona amputada sufre; y con ello una pérdida de aceptación por parte de sus iguales, un 
rechazo condicionado, en este caso, por prejuicios sociales” (Gaoso Orol, 2010). 
El uso de las manos tiene una gran importancia ya que constantemente debe adoptar 
formas diversas que permiten al ser humano interactuar con su medio externo; posiciones como 
23 
 
la concavidad palmar que permite tomar y soltar objetos, movimientos de oposición como el 
movimiento tipo pinza que facilitan la manipulación de instrumentos de precisión, y 
actividades de destreza manual fina. (Arias López, 2012). Para generar los movimientos 
naturales de la mano, se utilizan cerca de 40 músculos, e incluso intervienen los del antebrazo, 
con lo que se tienen aproximadamente 20 grados de libertad de la mano (Parker, 2007). 
Por estas razones, presentamos una opción que es un prototipo de prótesis biónica de 
miembro superior para personas amputadas de brazo, y así disminuir en el paciente la sensación 
de pérdida del miembro, ya que el prototipo tiene características que lo hacen muy parecida a 
los movimientos de la mano humana en sus funciones básicas; a la vez que cuenta con 
materialesresistentes, ligeros y de bajo costo que hace un prototipo accesible a la sociedad. 
Es así que al ejecutar este proyecto podemos suplir la movilidad física o motora del 
antebrazo y mano amputada con una prótesis biónica, proyecto que a su vez ayudará y dará 
importancia al estudio del área de Robótica de la escuela profesional de Ing. Electrónica dando 
así motivación a los estudiantes para la investigación y desarrollo de la Bioingeniería y la 
Biomédica. 
 
24 
 
 ANTECEDENTES 
 
Existen empresas que están desarrollando este tipo de tecnologías a nivel mundial y 
empresas peruanas están comenzando a destacar al realizar prótesis mecánicas para personas 
discapacitadas elaboradas con impresión 3D, generando comodidad en los pacientes, por 
ejemplo, tenemos a las empresas “Open Bionics” y “Pixed Perú” 
 
Open Bionics 
Open Bionics es una empresa biónica situada en la ciudad de Bristol, Inglaterra. 
Cuenta con un talentoso equipo trabajando en estrecha colaboración con una comunidad de 
usuarios para crear dispositivos que se adapten mejor a sus necesidades, desarrolla dispositivos 
de asistencia asequibles que mejoran el cuerpo humano. Su carta de presentación es la prótesis 
denominada Hero Arm, una elegante mano biónica de agarre múltiple. Las prótesis de 
miembros superiores actuales existen como ganchos, pinzas o manos biónicas caras. Tienen el 
objetivo de hacer que las hermosas extremidades biónicas sean más accesibles. Todo esto según 
las características que describen en su página web. 
 
Pixed Perú 
Pixed Perú, es una empresa peruana dedicada a la investigación, creación y desarrollo 
de tecnologías inclusivas, para así a través del uso de estas se creen nuevas herramientas, tienen 
como rama principal la creación de dispositivos biomecánicos (prótesis) y aplicaciones para 
personas con discapacidad, con el fin de brindar nuevas oportunidades, todo esto en base a la 
tecnología de impresión 3D, de esta manera ya cuentan a la fecha con 24 sueños cumplidos, 86 
proyectos en cola y muchos más sueños por cumplir. 
 
 
https://www.independent.co.uk/life-style/bristol-uk-best-place-to-live-uk-britain-2017-a7638981.html
25 
 
1.2.1. Tesis Internacional 
1.2.1.1. Diseño y simulación de un prototipo de prótesis de mano bioinspirada con 
cinco grados de libertad 
Universidad Nacional de Colombia 
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Bogotá 
Jair Leopoldo Loaiza Bernal 
Colombia 2012 
 
Esta tesis presenta el proceso de diseño y modelamiento de detalle de una prótesis de 
mano con 5 grados de libertad. Se muestra un análisis sobre las premisas y consideraciones de 
diseño desde una perspectiva multidisciplinar necesarias para el correcto desarrollo de una 
prótesis de mano bioinspirada. Se presenta primero los aspectos fundamentales desde el punto 
de vista de la fisiología y la biomecánica de una mano. Luego se realiza el Despliegue de la 
Función de Calidad para establecer el sistema de especificaciones de diseño suficiente para 
concebir un dispositivo de esta naturaleza. Posteriormente se generan los modelos matemáticos 
y geométricos primarios requeridos para un correcto desarrollo del diseño de detalle. Por 
último, se realiza una discusión sobre los aspectos de manufactura, ensamblaje, costos, 
confiabilidad y seguridad que se deberán tener en cuenta para un diseño sustentable de la 
prótesis. Como resultados se obtienen un modelo geométrico antropométrico que define la 
geometría parametrizada de la prótesis; modelos de comportamiento cinemático y dinámico 
respectivamente útiles para simular el comportamiento de la pinza tridigital; y un análisis del 
diseño por factores para llevar a cabo el proceso de diseño detallado de la prótesis. (Loaiza 
Bernal, 2012) 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 1: Prototipo de Prótesis, Universidad Nacional de Colombia 
26 
 
1.2.2. Tesis Nacionales 
1.2.2.1. Diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica transradial 
Pontificia Universidad Católica Del Perú 
Facultad De Ciencias e Ingeniería 
Bachiller: Boris Stheven Sullcahuamán Jáuregui 
Septiembre De 2013 
 
La presente tesis consiste en el diseño mecánico de un prototipo de prótesis 
mioeléctrica dirigida a pacientes que sufrieron amputaciones por debajo del codo (transradial). 
Se presenta el análisis de un mecanismo de un grado de libertad que simula el movimiento de 
los dedos índice y pulgar de una mano humana con el propósito de realizar la sujeción de 
objetos de 0,5 kg de masa, considerando el tamaño y peso de la mano de una persona adulta 
promedio. El movimiento de los dedos está restringido por la relación de posición angular entre 
falanges, para ello se utiliza el mecanismo de doble manivela aplicado en la articulación de 
cada falange. Además, se realiza el análisis a través de las ecuaciones de Freudenstein para 
determinar las dimensiones y verificar cada elemento a través del cálculo por resistencia de 
materiales. Finalmente, para el accionamiento de los dedos se emplea un actuador neumático 
que garantiza un control proporcional de la fuerza a emplear. (Sullcahuamán Jáuregui, 2013) 
 
 
FIGURA 2: Diseño mecánico de un prototipo de prótesis trasradial, PUCP 
27 
 
1.2.2.2. Diseño y construcción de una mano protésica 
Universidad Católica de Santa María 
Facultad de Ciencias e Ingeniería Físicas y Formales 
Bachiller: Valdeiglesias Olivera, José Enrique 
Arequipa, Perú 2015 
 
El presente trabajo muestra una prótesis articulable basado en relaciones geométricas 
de eslabonamiento de 4 eslabones, sistema móvil más simple de cadena cerrada, que le 
permitirá moverse solidariamente con solo un motor por dedo, dando a la mano la capacidad 
de extenderse completamente o empuñarse. 
Las manufacturaciones de las piezas se realizan con la tecnología de la impresión 3D, 
que brinda la facilidad de poder hacer varios prototipos de prueba, sin necesidad de una 
producción en serie, ahorrando tiempo y dinero aprovechando un material en auge como es el 
PLA, que está ganando terreno al plástico ABS, por tener ventajas sobre este, tales como la 
carencia de emisiones de gases nocivos en su fundición o poder der reciclado, haciéndolo 
amigable al medio ambiente. 
El control de los motores electicos responsables del movimiento de las falanges de los 
dedos cuenta con un puente H optimizado con transistores MOSFET, que se encargan de 
cambiar de dirección a los motores, y con un circuito comparador que funciona como final de 
carrera para evitar rupturas. (Valdiglesias Olivera, 2015) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 3: Mano protésica, U. Católica de Santa María 
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. CAPÍTULO 2
29 
 
 MARCO TEÓRICO 
2.1.1. Fisiología de la mano humana 
Una de las partes más importantes del cuerpo en el ser humano es la mano, el órgano 
terminal de la extremidad superior, brinda la posibilidad de ser un segmento sensitivo, permite 
realizar múltiples movimientos para poder relacionarse con el medio ambiente. 
La disposición anatómica de la mano permite entender su gran versatilidad en la 
manipulación de objetos y ajustes posicionales de acuerdo a las necesidades en la ejecución de 
patrones funcionales. 
Constantemente la mano debe adoptar formas diversas que permiten al ser humano 
interactuar con su medio externo, posiciones como la concavidad palmar que permite tomar y 
soltar objetos, movimientos de oposición que proporcionan la pinza y facilitan la manipulación 
de instrumentos de precisión, y actividades de destreza manual fina. 
Cuando se estudia la anatomía y se comprende la kinesiología de la mano es cuando 
se puede entender la versatilidad instantánea con la que está dotada esta estructura compleja 
compuesta por 27 huesos, más de 20 articulaciones y más de 30 músculos, lo que hace que en 
un área tan pequeña converjan tejidos blandos y duros al mismo tiempo, explicando el gran 
compromiso funcional ante lesionestraumáticas de este órgano. (Arias López, 2012) 
 
2.1.1.1. Estructura Ósea De La Mano 
Los huesos junto a los cartílagos constituyen la estructura rígida que sostiene y da 
forma al cuerpo, la mano por su parte posee 27 huesos, los cuales se dividen en 8 huesos 
carpianos; dispuestos en dos hileras de 4 conectados entre sí por articulaciones, y a su vez se 
unen con los huesos del antebrazo, esto se logra por medio de la articulación radiocarpiana, por 
otro lado, la palma de la mano tiene 5 huesos metacarpianos y 14 falanges. Para generar sus 
movimientos, se utilizan cerca de 40 músculos, e incluso intervienen el antebrazo, con lo que 
se tienen aproximadamente 20 grados de libertad de la mano (Parker, 2007). 
 
 
 
30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los 8 huesos carpianos están divididos funcionalmente en dos filas, una fila proximal 
y una fila distal, en la fila proximal se encuentran los huesos escafoides, semilunar y piramidal, 
la fila distal está formada por los huesos trapecio, trapezoide, grande y ganchoso. Las 
articulaciones entre los huesos carpianos se denominan intercarpianas. 
El metacarpo o palma, es la región media de la mano y está constituida por 5 huesos 
denominados metacarpianos, estos son largos que van desde la segunda fila carpiana a la base 
de cada dedo. Están formados por una base, un cuerpo y una cabeza. Las articulaciones 
formadas por la base y los huesos de la fila distal del carpo son las articulaciones 
carpometacarpianas, y las articulaciones formadas por sus cabezas y las falanges son 
denominadas articulaciones metacarfalángicas. 
La mano tiene 14 falanges que conforman la parte distal de la mano, las falanges son 
los huesos de los dedos, los dedos están formados por una falange proximal, una falange media 
y una falange distal, cada una con una base, un cuerpo y una cabeza, el pulgar, sin embargo, 
sólo tiene dos falanges q además son cortas y anchas. Partiendo desde el pulgar hacia la región 
lateral, los dedos se denominan índice, medio, anular y meñique. 
 
 
FIGURA 4: Estructura Ósea de la Mano 
31 
 
2.1.1.2. Músculos de la mano humana. 
La característica principal de los músculos es su capacidad de contracción, esto 
permite que se pueda producir distintos tipos de movimientos en todo el cuerpo. El movimiento 
se efectúa por la acción de células especializadas que son la base de la constitución de las fibras 
musculares. 
Los músculos del antebrazo que mueven la mano y los dedos son muchos y variados, 
de éstos, aquellos que actúan sobre los dedos de conocen como músculos extrínsecos de la 
mano, porque se originan fuera de la mano y se insertan en ella. Los músculos intrínsecos de 
la mano son aquellos que se encuentran en la palma y ellos son los que producen los 
movimientos finos, complejos y precisos de los dedos. Son tres grupos los que se dividen los 
músculos intrínsecos: Tenar, Hipotenar e Intermedios. Son cuatro los músculos tenares que 
actúan sobre el pulgar y constituyen el contorno redondeado lateral de la palma: el abductor 
corto del pulgar, el oponente del pulgar, el flexor corto del pulgar y el aductor corto del pulgar. 
Sobre el dedo meñique actúan tres músculos hipotenares, forman el contorno medial de la 
palma: el abductor del dedo meñique, el flexor corto del dedo meñique y el oponente del 
meñique. 
Los músculos intermedios son 11, actúan sobre todos los dedos excepto sobre el 
pulgar, los músculos intermedios incluyen los lumbricales, los interóseos palmares y los 
interóseos dorsales. Ambos grupos de interóseos son importantes en la abducción, aducción, 
flexión y extensión de los dedos y en actividades como escribir, mecanografía y tocar 
instrumentos como la guitarra o el piano (Arias López, 2012). 
 
FIGURA 5: Músculos de la mano 
http://3.bp.blogspot.com/-QjVLhD6Eb5g/Uqe3eqHl1NI/AAAAAAAAB-o/cI85-WfnUS4/s1600/M%C3%BAsculos+de+la+mano.jpg
32 
 
2.1.1.3. Antropometría de la mano 
La antropometría es la ciencia que estudia las medidas, dimensiones y alunas 
características físicas del cuerpo humano, considerando que estas varían de un individuo para 
otro según su edad, sexo, raza, etc. 
De esta manera la antropometría permite medir longitudes, anchos, grosores, 
circunferencias, volúmenes, centros de gravedad y masas diversas del cuerpo, las cuales tienen 
diversas funciones. 
Al diseñar nuestra prótesis debemos de tomar en cuenta las dimensiones del miembro 
superior del cuerpo humano, ya que debe ser esta la que se adecue de la mejor manera posible 
a nosotros. De nada serviría diseñar una prótesis si no se basa en las dimensiones que tiene el 
cuerpo humano, sabiendo que no todas las personas son iguales, las diferentes dimensiones 
abren más posibilidades a la adaptabilidad y a la ergonomía. 
A continuación, observaremos las principales dimensiones de la mano humana: 
 
2.1.1.3.1. Longitud y anchura de la mano y palma 
Para obtener la medida de la longitud de la mano, ésta debe estar extendida por 
completo, se mide desde el pliegue palmar distal hasta la punta del dedo medio. 
Para realizar la medición de la longitud de la palma se extiende la mano por completo, 
se toma la medida desde el pliegue palmar proximal al pliegue de la base del dedo medio. 
Para medir la anchura de la mano se tiene en cuenta el nivel de las articulaciones 
metacarpofalángicas, teniendo la mano en reposo, los dedos juntos y extensión completa sobre 
un plano horizontal. 
Las medidas de la anchura de la palma se determinan desde el plano cubital de la 
palma al borde externo del pulgar, teniendo dicho dedo pegado a la palma, sin comprimir los 
tejidos blandos. 
 
 
33 
 
 
 
2.1.1.3.2. Longitud de las falanges 
Las siguientes medidas se obtienen extendiendo la mano y dedos por completo se toma 
desde el pliegue proximal de cada dedo hasta la punta del mismo. 
 
 
 
 
Datos obtenidos 
(cm) 
Longitud de la 
mano 
Longitud de la 
palma 
Anchura de la 
mano 
Anchura de la 
palma 
Mínimo 13,980 9,070 6,180 7,810 
Media 17,67 11,500 7,490 9,200 
Máximo 20,330 19,780 8,770 11,190 
Tabla 1: 
Datos experimentales medidas de la mano 
Tabla 2: 
Datos experimentales de los dedos 
Datos Obtenidos 
(cm) Meñique Anular Medio Índice Pulgar 
Falange distal (mínimo) 1,33 1,59 1,86 1,80 1,80 
Falange distal (medio) 2,02 2,24 2,35 2,21 2,21 
Falange distal (máximo) 2,61 2,88 3,20 2,80 2,80 
Falange media (mínimo) 1,51 2,81 2,65 2,63 ----- 
Falange media (medio) 2,50 3,21 3,40 2,99 ----- 
Falange media (máximo) 3,51 3,97 4,18 3,49 ----- 
Falange proximal (mínimo) 3.12 4,01 3,88 4,08 3,15 
Falange proximal (medio) 4,01 4,92 5,46 4,97 3,77 
Falange proximal (máximo) 5,21 6,23 6,56 6,02 5,13 
34 
 
2.1.2. Movimientos de la mano 
La mano es el órgano de sujeción y manipulación, su funcionamiento tiene como fin 
obtener una presión sólida y precisa a la vez. Como órgano principal de presión, la mano, tiene 
la posibilidad de ejecutar movimientos fuertes, globales y extensos que se realizan en los tres 
planos del espacio. (Pineda Malagón, 2016) 
2.1.2.1. Flexión de la Mano 
La flexión es principalmente un movimiento de la articulación radiocarpiana. Según 
las personas, este movimiento alcanza una amplitud que varía de 80° a 90°. 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.2.2. Extensión de la Mano 
Estos movimientos están limitados por la tensión de los ligamentos palmares y 
dorsales del carpo, la extensión llega a 30° en la articulación radiocarpiana y a 50° en la 
mediocarpiana. 
 
 
 
FIGURA 6: Flexión de la mano 
FIGURA 7: Extensión de la mano 
35 
 
2.1.2.3. Abducción Radial y Cubital de la Mano 
En la abducción cubital, las dos filas del carpo giran alrededor del eje anteroposterior 
que pasa por la cabeza del hueso grande. La amplitud del movimiento de abducción cubital es 
de 40° aproximadamente. 
La abducción radial es un movimiento de menor amplitud. Aproximadamente 25° de 
amplitud de movimiento.2.1.2.4. Movimiento de Rotación o Pronosupinación 
2.1.2.4.1. Movimiento de Supinación 
Si la mano se halla inicialmente en pronación, al hacer el movimiento de supinación 
descruza el radio y lo desplaza lateralmente. El movimiento puede alcanzar hasta los 120°. 
 
2.1.2.4.2. Movimiento de Pronación 
Si la mano se halla inicialmente en supinación, los dos huesos del antebrazo están 
paralelos, la pronación cruza el radio anteriormente al cúbito en el curso del movimiento, que 
llega a alcanzar los 120°. 
La rotación de la mano está determinada por la rotación simultanea de las 
articulaciones radiocubitales proximal y distal. Intervienen los dos huesos del antebrazo, cuyo 
acoplamiento proporciona a la rotación de la mano fuerza y precisión a la vez. Un solo hueso, 
el radio, asegura la precisión del movimiento girando alrededor de cúbito, mientras éste 
permanece como guía o eje del desplazamiento del antebrazo y de la mano. 
FIGURA 8: Abducción cubital y radial de la mano 
36 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.3. Movimiento de los dedos 
Consideramos que los movimientos del dedo pulgar deben ser objeto de estudio 
particular, mientras que los cuatro últimos dedos pueden estudiarse simultáneamente. 
 
2.1.3.1. Flexión-Extensión de los Dedos Trifalángicos 
La falange proximal del dedo se encuentra extendida en un inicio, en la prolongación 
del hueso metacarpiano correspondiente. Este movimiento de realiza alrededor de un eje 
transversal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.3.2. Movimientos del dedo pulgar 
Se conoce muy bien la importancia del dedo pulgar: pieza fundamental de la pinza 
pulgar-dedos, por él, los movimientos de los dedos son precisos, caso contrario sólo serían 
prensiones globales. 
FIGURA 10: Flexión y Extensión de los dedos Trifalángicos 
FIGURA 9: Movimiento de Supinación y Pronación de la mano 
37 
 
2.1.3.3. Movimientos de oposición-reposición 
Se trata de un movimiento de cierre de la mano o de presión que presenta una amplitud 
de 60° a 90°.El movimiento de oposición consiste en tener la palma totalmente abierta y llevar 
el pulgar lo más cerca al dedo meñique, del tal forma el movimiento de reposición es lo 
contrario, tener el pulgar inicialmente pegado al meñique y regresarlo para tener la palma 
abierta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.4. Prensión de la mano 
Son los movimientos realizados en conjunto por la mano con la finalidad de sujetar 
un objeto. Una función que puede ser delicada, precisa pero también potente. La prensión es 
una función que compromete a todo el miembro superior. La posición de la mano, el accionar 
de todos los músculos y la movilidad de todas las articulaciones del miembro superior podrán 
efectuar la sujeción. 
Todas las prensiones necesitan de una correcta posición de los dedos: comienza la 
mano al abrirse para abordar el objeto que ella va a tomar, este primer paso implica 
movimientos de extensión, abducción hasta la separación de los dedos. El segundo paso de la 
prensión es el cierre, bajo la acción de los flexores y en ocasiones, del aductor pulgar. Las 
prensiones podemos agruparlas de la siguiente forma: 
 
FIGURA 12: Oposición del 
dedo Pulgar 
FIGURA 11: Reposición del dedo 
Pulgar 
38 
 
2.1.4.1. Prensión sin intervención necesaria del pulgar 
Son conocidas como prensiones en gancho, donde los dedos trifalángicos, sostienen 
el objeto: al sostener una bolsa o una cartera, por ejemplo. Al cerrar el gancho realizado por 
los dedos el pulgar interviene sin ningún tipo de fuerza. En esta sujeción los músculos 
interóseos intervienen igualmente, primero al extender los dedos antes de la prensión y luego 
para asegurar el objeto. 
 
 
 
 
 
FIGURA 13: Gancho con todos los dedos trifalángicos sin intervención con fuerza de la palma ni el 
pulgar 
 
2.1.4.2. Prensión con intervención del pulgar 
Podemos distinguir dos grupos en los tipos de prensiones en el que el dedo pulgar 
interviene, estos son prensión de fuerza y prensión delicada. Este tipo de prensiones tienen una 
gran variedad en las actividades que realizamos en la vida cotidiana. 
 
2.1.4.2.1. Prensión fuerza 
Esta prensión sostiene al objeto en la palma de la mano, de esta manera podemos 
sostener el timón de una bicicleta o hasta el mango de una escoba. El pulgar puede cerrar la 
prensión de dos diferentes formas: una cuando se coloca al frente de los dedos trifalángicos, 
accionando los músculos oponentes y el flexor corto del pulgar se realiza la “prensión a plena 
mano”, la otra extendiéndose y colocándose frente a la cara del índice, esta prensión se 
denomina “del abductor”, utilizada para sujetar tarjetas, llaves o unos lentes. 
 
 
 
39 
 
FIGURA 14: Prensión a plena mano(izq) y Prensión del abductor(der) 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.4.2.2. Prensiones delicadas 
En este tipo de prensión el objeto se sostiene entre el pulgar y la extremidad de los 
dedos, con oposición de la cara palmar del pulgar y la yema de uno o más dedos. Se denomina 
“la pinza de ramas curvas” al tener el dedo pulgar y el dedo al que se opone flexionados, 
obteniendo un agarre preciso y fuerte a la vez. Para poder realizar la pinza de ramas” debemos 
de tener el pulgar, el dedo índice y medio alargados, de esta forma tendremos un agarre delicado 
o fuerte según se requiera. 
 
 
 
 
2.1.5. Amputación del miembro superior 
La amputación es el corte y separación de una extremidad del cuerpo mediante cirugía 
o traumatismo. Las amputaciones por traumatismo mayormente se dan por accidentes 
vehiculares o laborales. La mayor incidencia de pérdida de extremidades ocurre entre los 50 y 
75 años de edad, tienen que ver sobre todo con la enfermedad periférica con o sin diabetes. En 
los adultos jóvenes, la amputación mayormente se debe a una lesión traumática o a las secuelas 
que deja. En los niños el defecto de una extremidad suele ser congénito en el 60% de los casos. 
Las amputaciones por enfermedades y por accidentes profesionales son más frecuentes en 
varones. 
FIGURA 15: Prensión delicada con el dedo pulgar 
40 
 
2.1.5.1. Tipos de amputaciones en miembros superiores 
En los miembros superiores existen estos tipos de amputaciones: 
o Amputación del dedo. 
o Amputación metacarpiana. 
o Desarticulación de muñeca. 
o Amputación del antebrazo (Transradial). 
o Desarticulación del codo. 
o Amputación arriba del codo (Transhumeral). 
o Desarticulación del hombro y posterior amputación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 16: Niveles de Amputación 
41 
 
2.1.6. Breve Historia de las Protesis 
El hombre a lo largo de la historia siempre ha tenido la necesidad de sustituir alguna 
parte faltante de su cuerpo, ya sea por apariencia física, por comodidad o trabajo cotidiano, es 
por eso que se encuentra hace muchos años atrás las primeras prótesis. Según Norton (2007) 
“La evolución de la protésica es larga (…), desde sus comienzos primitivos”. 
 
 
 
 
 
 
En una investigación presentada por la doctora Jacky Finch, de la Universidad de 
Manchester, en Reino Unido, en la revista médica The lancet, demostró que los dedos del pie 
de madera encontrados en una momia egipcia, no fueron añadidos simplemente como restos 
funerarios, sino que posiblemente se utilizó para caminar. (BBC, 2011) 
 
 
 
 
 
 
Carbone (2013), nos comenta un primer caso que siglos más tarde, con el manejo del 
hierro, en la Segunda Guerra Púnica el general romano Marcus Sergius (218-202 a.C.) mandó 
a fabricar una mano de hierro con el cual portaba su espada. 
En la investigación de Ávila et al. (2013), argumenta que en el siglo XIV se fabricaban 
prótesis para los caballeros, la más conocida fue la mano de “Alt-Ruppin” (Figura 19) que fue 
fabricada de hierro con el pulgar rígido y los dedos restantes eran flexibles pasivamente, éstos 
FIGURA 17: Evolución protésica 
FIGURA 18: Prótesis de Momia Egipcia 
42 
 
se podían asegurar mediante un mecanismo de trinquete y ademástenía una muñeca movible, 
hallada en el año 1400. Años más tarde en 1501, el caballero imperial franco Götz Von 
Berlichingen, fue herido por un cañón perdiendo la mano derecha, para poder sujetar su espada 
ordenó que se le construyera una mano de hierro articulada (Figura 20), sin embargo, la espada 
era muy pesada y tenía que ir fija a la armadura, los dedos y la muñeca podían ser flexionados 
y extendido pasivamente y se fijaba con diez ruedas mecánicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En el siglo XVI , el mecanismo de las prótesis da un salto notable a la mejoría, gracias 
al médico cirujano militar francés Ambroise Paré quien desarrollo el primer brazo artificial 
móvil al nivel del codo, llamado “Le Petit Loraine” (Figura 21) que constaba de una palanca, 
por el cual el brazo podía realizar flexión y extensión a nivel de codo. Paré también lanzó la 
primera mano estética de cuero, con lo que da un nuevo giro a la utilización de materiales para 
el diseño de prótesis de miembro superior. (Méndez, 2015) 
 
 
 
 
 
En el siglo XIX con el uso del cuero, los polímeros naturales y la madera para la 
fabricación de prótesis; los resortes ayudaron también, al desarrollo de nuevos mecanismos 
para la fabricación de elementos de transmisión de fuerza, para la sujeción. Entre las 
innovaciones más importantes al diseño de las prótesis de miembro superior, se encuentra la 
FIGURA 21: Mano artificial móvil de Le petit Loraine. 
FIGURA 20: Mano de hierro de Alt-
Ruppin 
FIGURA 19: Mano de Götz Von 
Berlichingen 
43 
 
del alemán Peter Beil. Este diseño de la mano cumple con el cierre y la apertura de los dedos, 
pero, es controlada por los movimientos del tronco y hombro contra lateral, dando origen a las 
prótesis autopropulsadas. Más tarde el Conde Beafort realiza un brazo con flexión del codo 
(Figura 22), activándolo al presionar una palanca contra el tórax, aprovechando también el 
hombro contra lateral como fuente de energía para los movimientos activos del codo y la mano. 
La mano constaba de un pulgar móvil utilizando un gancho dividido sagitalmente, parecido a 
los actuales ganchos Hook. (Dorador, 2005) 
 
 
 
 
 
 
Loaiza (2012), nos habla sobre las prótesis de mano en el siglo XX, donde en esa 
época el médico francés Gripoulleau, fabricó distintos accesorios metálicos para ser utilizados 
como unidad terminal, como: los ganchos, anillos y diversos instrumentos que brindaban la 
capacidad de realizar trabajo de fuerza o de precisión. En 1912, el estadounidense Dorrance, 
desarrolla el Hook, que es una unidad terminal el cual consiste en abrir y cerrar activamente, 
mediante movimientos de la cintura escapular combinado con un tirante de goma. Pero ésta 
será superada por el gancho de Fischer, presentado en Alemania, ya que la ventaja principal 
era su gran potencia de agarre superior a Hook y la diversidad de los dispositivos de agarre de 
presión y sujeción para los objetos. 
En Alemania gracias a Sauerbruch, se creó la prótesis activada por los músculos de 
muñón, ya que logra comunicar y conectar la musculatura flexora del antebrazo con el 
mecanismo de la mano artificial, posibilitando el movimiento de la prótesis de forma activa 
por medio de la contracción de ciertos músculos. 
En 1946 se da origen a las prótesis eléctricas y neumáticas, que consistía en recrear 
sistemas donde el movimiento sea activado por algún agente externo del cuerpo. Alrededor de 
los años 60, en Rusia, se crearon las prótesis con mando mioeléctrico. Los países con mayor 
avance tecnológico en investigación y desarrollo de prótesis son: Alemania, Estados Unidos, 
Francia, Inglaterra y Japón. 
FIGURA 22: Brazo del Conde Beafort. 
44 
 
2.1.7. Tipos de Prótesis 
La definición de prótesis según la RAE (Real Academia Española), es una pieza o 
aparato que se coloca en el cuerpo para mejorar sus funciones. Y también lo define como 
procedimiento mediante el cual se repara artificialmente la falta de un órgano o parte de él. 
(Real Academia Española, 2014, 23º ed.). 
Las prótesis se clasifican según su función, pueden ser pasivas y activas. Las prótesis 
tipos pasivas son también conocidas como prótesis cosméticas, cuya función principal es 
mantener una imagen estética, sin movimiento alguno. A diferencia de las prótesis activas que 
ayudan en la movilidad con controles mecánicos o eléctricos. (Sullcahuamán, 2013) 
2.1.7.1. Prótesis estéticas o cosméticas 
Éstas prótesis son de tipo pasivas, ya que sólo son desarrolladas para reemplazar un 
miembro de forma estética, mas no por la funcionalidad. Pueden tener una apariencia tan real, 
con detalles como pecas, venas, vello e incluso tatuajes, que mucha gente ni siquiera puede 
distinguirlas de una mano verdadera. (Bowers, 2002) Para su fabricación emplean materiales 
como la silicona, látex flexible o PVC rígido, son más livianos y requieren de menos 
mantenimiento. (Barreto, 2016) 
 
 
 
 
 
2.1.7.2. Prótesis Mecánicas 
Las manos mecánicas son dispositivos que se utilizan con la función de apertura o 
cierre voluntario por medio de un arnés el cual se sujeta alrededor de los hombros, parte del 
pecho y parte del brazo controlado por el usuario. Su funcionamiento se basa en la extensión 
de una liga por medio del arnés para su apertura o cierre, y el cierre o apertura se efectúa solo 
con la relajación del músculo respectivamente gracias a un resorte y también de tener una 
fuerza de presión o pellizco. Estos elementos se recubren con un guante para dar una apariencia 
FIGURA 23: Prótesis estética o cosmética 
45 
 
más estética, sin embargo se limita al agarre de objetos relativamente grandes y redondos ya 
que el guante estorba al querer sujetar objetos pequeños (Dorador, 2005) 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.7.3. Prótesis Eléctricas 
Este tipo de prótesis utilizan motores eléctricos en los dispositivos terminales, muñeca 
y codo, con una batería recargable y es posible controlarlas de varias formas, ya sea un servo 
control, un botón pulsador o un interruptor con arnés. En algunas ocasiones se combinan estas 
formas de control para aumentar la funcionalidad de la prótesis. Se utiliza un socket que es un 
dispositivo intermedio entre la prótesis y el muñón logrando suspensión de este por medio de 
succión. La adquisición y la reparación de estos dispositivos es costosa y existen, además, 
otras desventajas inherentes al mantenimiento, la exposición en medios húmedos y el peso de 
la prótesis. (Loaiza, 2012) 
 
 
 
 
 
2.1.7.4. Prótesis Mioeléctrica 
El control mioeléctrico es probablemente el control más popular, se basa en que cada 
vez que el músculo se contrae o se flexiona, se produce una pequeña señal eléctrica (EMG). 
Esta señal es muy pequeña (5 a 20 uV) y se capta con electrodos superficiales que entran en 
contacto con la superficie de la piel. La ventaja de este tipo de prótesis es que solo necesita que 
FIGURA 24: Prótesis mecánica con 
gacho 
FIGURA 25: Prótesis mecánica con 
guante 
FIGURA 26: Prótesis de mano activa eléctrica 
46 
 
FIGURA 27: Prótesis Mioeléctrica. 
musculo sea flexionado para hacer el funcionamiento o movimiento y elimina el arnés de 
suspensión. (Quinayás, 2010). 
 
 
 
 
2.1.8. Elementos de Diseño 
2.1.8.1. Servomotor DC 
EL servomotor es un dispositivo electromecánico que consiste en un motor eléctrico, 
con un juego de engranes y una tarjeta de control, todo dentro de una carcasa. Un servomotor 
tiene la capacidad de ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es capaz de ubicarse 
en cualquier posición dentro de un rango de operación generalmente entre 0° a 180º pero 
también puede ser modificado para tener un giro libre de 360º. Los servos suelen utilizarse en 
robótica, automática y modelismo (vehículos por radio-control, RC) debido a su gran precisión 
en el posicionamiento y torque. 
Los servomotores funcionan por medio de modulación de ancho de pulso (PWM). La 
frecuencia