Diseño conceptual de un pie protésico que permite determinar las fuerzas de contacto pie-piso sobre pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha

El presente documento se basa en una investigación para realizar un monitoreo correcto de fuerzas de contacto pie-piso a usuarios con prótesis de miembro inferior; pues, se ha demostrado, que los pacientes presentan condiciones degenerativas en la columna baja y cadera al no tener una carga homogénea de contacto. Por tal motivo, este trabajo tiene como objetivo realizar el diseño conceptual de un pie protésico que detecte las fuerzas pie-piso sobre pendientes, escaleras y superficies irregulares durante la marcha. Esta investigación se basa en realizar un estudio de la Biomecánica del pie, y el Estado de la Tecnología donde se busca modelos comerciales de pies protésicos dinámicos por su adaptabilidad en las superficies y las tecnologías existentes de sensado con el fin de poder adaptar ambas cualidades en una sola prótesis. El funcionamiento conceptual del pie consiste en moldearse a la superficie de contacto, una vez hecho eso, los sensores de carga brindan la información de las fuerzas y por medio de un sensor inercial se obtiene la dirección de estas cargas de contacto. Se obtienen tres conceptos de solución que son verificados por una evaluación técnica económica y se obtiene un concepto óptimo basado en los resultados. Este concepto óptimo cuenta con sensores en la planta del pie y es dinámico para pisar correctamente las superficies mencionadas. En adición, este proyecto es importante porque brinda información sobre las reacciones de contacto que tiene el pie durante la caminata y permite acceder a mayores alcances sobre la biomecánica de la rehabilitación y marcha humana.Trabajo de investigació

Diseño de un pie protésico que permita determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha

El siguiente documento presenta un diseño de pie protésico que permite determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha, el cual incluye un sistema de sensado; este monitoreo es importante pues se demuestra que los usuarios unilaterales sufren condiciones degenerativas en la columna baja y cadera, pues comúnmente emplean más su miembro sano como punto de apoyo. Por el motivo presentado, esta tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un pie protésico que permita determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies irregulares durante la marcha; y, con estas obtenidas se podrían realizar protocolos biomecánicos del pie, ya que se tendría en conocimiento el valor de la variable fuerza. La estructura del desarrollo está basada en la búsqueda de antecedentes que describan la biomecánica del pie y los pies protésicos actuales sea en fase comercial, investigativa o patentados para obtener la manera de cómo las prótesis de pie se adaptan a diversas superficies. En adición, se parte del diseño conceptual de un pie protésico; este diseño contempla la forma y material para la verificación mecánica. Una vez se tenga el concepto, se valida por medio de cálculos mecánicos de cinética y resistencia para comprobar que soporte el peso de 90 kgf de un usuario, peso seleccionado acorde a la carga para la cual están fabricados los pies protésicos comerciales, y obtener la fuerza máxima de contacto en al caso más crítico de movimiento con el fin de seleccionar el sensor adecuado y las cantidades correspondientes. Luego, se realiza el filtro se las señales leídas y la selección de componentes que acompañan a lo relacionado con los circuitos eléctricos-electrónicos; estos se ubican en una carcasa y no en el mismo pie. Posteriormente, se realizan los planos mecánicos, eléctricos-electrónicos y la sección de costos. Además, se acota que la importancia del diseño de una prótesis de pie que permita detectar las fuerzas de contacto es que puede saber el estado actual del miembro inferior con relación a la homogeneidad de la carga con respecto del otro

Exploiting Adaptability in Soft Feet for Sensing Contact Forces

The large majority of legged robots currently employ ball-feet or flat-feet. More recently soft feet have been introduced, to improve walking performance on uneven grounds. Nevertheless, their novel adaptability requires sensor systems beyond traditional Force/Torque sensors to estimate the distribution of forces on the contact surface. This letter shows how a perception layer realized with Inertial Measurement Units allows a soft foot to reconstruct not only the shape of the foot - hinting at the shape of the ground beneath - but also, under precise hypotheses, the contact force distribution. The problem is theoretically formalized and analysed with a quasi-static approach in the Sagittal plane. Then, theoretical results are experimentally validated in a simplified foot-ground interaction scenario. The force reconstruction provided by the proposed method allows to correctly identify the sole contact location arising from obstacles with radius down to 1 cm