Diseño específico de socket transfemoral, para reducir humedad en el muñón de diabéticos, mediante un sistema electrónico de convección forzada

Actualmente, 9,3% de la población mundial tiene diabetes. El 7,5% de ellos tendrá amputación transfemoral. Al usar una prótesis transfemoral convencional se produce demasiada sudoración. Ambiente ideal para hongos y bacterias que podrían causar una re-amputación. Se propone como solución el diseño específico del socket transfemoral para reducir humedad, implementando un sistema de convección forzada. Primeramente, se analiza para que tipo de paciente está dirigido. Posterior a ello se diseña el socket transfemoral con sistema de convección forzada que reduce humedad en el muñón. Para luego conocer la rentabilidad del proyecto mediante un análisis costo-beneficio. Entonces, metodológicamente: mediante análisis documental, se limitó hacia quien va dirigido el diseño. Posteriormente, se sintetizó a través del análisis de función y la matriz morfológica el diseño. Mediante la digitalización de medidas antropométricas en el software, se pudo obtener el diseño. El cual es evaluado por análisis estático corroborando su resistencia mecánica, y el análisis fluidodinámico verificó la capacidad de disipar carga térmica en el encaje entre muñón y socket. Habiéndose realizado previamente el diseño electrónico de control. Finalmente, se desarrolló el análisis costo-beneficio. Resultado de ello, se infirió el público de estudio a mujeres entre los 60 Y 64 años con amputación transfemoral. Como producto final de diseño se determinó, que es capaz de disipar calor hasta una carga térmica de 130 W/m2. Finalmente, el costo-beneficio es altamente rentable, con una ganancia de $ 3,70 por dólar invertido

Desarrollo de prótesis para reemplazo de la función prensil de miembro superior en usuarios amputados

Proyecto Integrador (I.Biom.)--FCEFN-UNC, 2017Logra un dispositivo capaz de emular la función prensil de la mano con el objetivo de favorecer la inclusión laboral y facilitar actividades de la vida diaria a personas con una amputación de miembro superio

Prototipo de prótesis transradial mioeléctrica con control de sujeción

En Ecuador una parte de la población económicamente activa padece de discapacidad de cualquier tipo, en las que la mayoría se deben a problemas físicos en las que se incluye a personas con miembros amputados. El uso de prótesis ha revolucionado el mundo de las discapacidades devolviendo parcial o talmente la movilidad que el individuo tenía antes de la pérdida de un miembro, con la ayuda de la electrónica esto mejora con el paso del tiempo llegando a complementarse para el desarrollo de prótesis capaces de realizar movimientos voluntarios mediante una señal eléctrica producida por el músculo involucrado. En el mercado mundial existen empresas destinadas a la fabricación de prótesis “inteligentes” como lo es la empresa “Touch Bionics” ubicado en New York, USA. El proyecto técnico nace de la inspiración de los trabajos realizados por este tipo de empresas que buscan fusionar la medicina con la tecnología actual y futura alcanzando la naturalidad en los movimientos, seguridad al utilizar los productos y comodidad devolviendo la confianza y aceptación personal. El prototipo realizado busca resaltar que en el país este tipo de proyectos son fiables, funcionales, económicas y que pueden ser desarrolladas para un funcionamiento similar al de una extremidad normal dentro de las capacidades o acciones realizadas por el usuario. El algoritmo programado se desarrolló tomando en cuenta que el usuario final pueda controlar el prototipo después de un entrenamiento de uso de manera simple con movimientos precisos volviendo a tener la seguridad de sujetar objetos sin miedo a tirarlos.In Ecuador a part of the economically active population lives with some type of disability in which the majority are due to physical problems that include people with amputated members. The use of prostheses has revolutionized the world of disabilities by partially or perhaps returning the mobility that the individual had before the loss of a member, with the help of electronics this improves with the passage of time getting to complement each other for the development of prostheses capable of performing voluntary movements by means of an electrical signal produced by the muscle involved. In the world market there are companies destined to manufacture “smart” prostheses such as the “Touch Bionics” company located in New York, USA. The technical project stems from the inspiration of the work carried out by this type of companies that seek to merge medicine with current and future technology, achieving natural movements, safety when using products and comfort, returning trust and personal acceptance. The prototype carried out seeks to highlight that in the country these types of projects are reliable, functional, economical and that they can be developed for an operation similar to that of a normal limb within the capabilities or actions performed by the user. The programmed algorithm was developed considering that the end user can control the prototype after a simple use training with precise movements having the security of holding objects without fear of throwing them

Estudio del costo beneficio de técnicas de medición y control de señales biológicas que permitan autonomía en el movimiento de una prótesis para una extremidad superior

The amputation of a part of the body due to factors such as diabetes, accidents and poor training is based on physical disability, partial or total loss of the upper limb in the range of 30-49% degree of disability, depending on The statistical data of CONADIS 2018 in Ecuador there are 104,840 people in its upper part, while in Latacunga, where the study is conducted, it has 1150 people. The research project focuses on the identification of commercial biopotential measurement techniques that allow generating interaction between a prosthesis and the human body, by means of comparative tables the biopotential has been established, associated with its most feasible measuring instrument.La amputación de una parte del cuerpo debido a factores como la diabetes, accidentes o una mala formación congénita es considerada como discapacidad física, la pérdida parcial o total de la extremidad superior entra en el rango del 30-49% de grado de discapacidad, según datos estadísticos del CONADIS 2018 en el Ecuador existe 104.840 personas que carecen de una parte de su extremidad superior, mientras que, en Latacunga, lugar donde se realizó el estudio, se tiene 1150 personas. El proyecto de investigación se enfoca a la identificación de técnicas de medición de biopotencial comerciales que permiten generar interacción entre una prótesis y el cuerpo humano, mediante la realización de tablas comparativas se ha establecido el biopotencial, asociado a su instrumento de medición, más factible

Diseño e implementación de una prótesis para miembro superior controlada por señales electromiográficas

A partir del modelamiento de una mano humana, se diseña y construye una prótesis robótica fabricada en impresora 3D, la cual posee un mecanismo interno que simula los movimientos de cierre y apertura. Además, viene integrado a un sensor de posición que brinda en tiempo real el estado de rotación, un sensor EMG acondicionado, el cual detecta una diferencia de potencial en los músculos del brazo y se transmite como referencia y un Servomotor, encargado de transmitir el movimiento hacia el mecanismo final. Finalmente, se implementaron dos sistemas de control robustos que son analizados de forma independiente, los cuales deben cumplir unos parámetros básicos de funcionamiento.From the modeling of a human hand, a robotic prosthesis is designed and built using a 3D printer, which has an internal mechanism that simulates the closing and opening movements. In addition, it is integrated with a position sensor that provides in real time the state of rotation, a conditioned EMG sensor, which detects a potential difference in the muscles of the arm and is transmitted as a reference and a Servomotor, responsible for transmitting the movement to the final mechanism. Finally, two robust control systems were implemented and analyzed independently, which must meet some basic operating parameters.PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)TABLA DE CONTENIDO AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................8 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................10 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................11 OBJETIVOS...................................................................................................................12 OBJETIVO GENERAL................................................................................................12 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.......................................................................................12 CAPÍTULO I ANTECEDENTES Y MODELO PRÓTESIS ROBÓTICA...........................13 1.1. PRÓTESIS...........................................................................................................13 1.2. TIPOS DE PRÓTESIS:........................................................................................13 1.2.1. PRÓTESIS ANTROPORMÓRFICAS:...........................................................14 1.2.2. DISPOSITIVOS ALIMENTADOS POR EL CUERPO:...................................14 1.2.3. DISPOSITIVOS ALIMENTADOS EXTERNAMENTE: ...................................15 1.3. FABRICACIÓN DE PRÓTESIS: ..........................................................................16 1.4. MECANISMOS DE LAS PRÓTESIS:...................................................................17 1.4.1. NÚMERO DE DEDOS DE TRABAJO: ..........................................................18 1.4.2. NÚMERO DE ARTICULACIONES POR DEDO:...........................................18 1.4.3. MOVIMIENTO DEL PULGAR EN RELACIÓN CON LOS DEDOS:...............18 1.4.4. CABLES O ENLACES:..................................................................................18 1.4.5. NÚMERO DE UNIDADES SEPARADAS: .....................................................18 1.4.6. FUERZA DE AGARRE FRENTE A VELOCIDAD DE PRESIÓN:..................19 1.4.7. RESTRICCIÓN DEL TAMAÑO: ....................................................................19 1.4.8. BLOQUEO DEL AGARRE: ...........................................................................20 1.4.9. LADO Y TAMAÑO:........................................................................................20 1.5. EXTREMIDAD SUPERIOR..................................................................................20 1.6. ANATOMIA DE LA MANO: ..................................................................................21 1.7. FUENTES DE ENTRADAS DEL CUERPO A LOS CONTROLADORES DE PRÓTESIS..................................................................................................................23 1.7.1. CONTROL MIOELÉCTRICO: .......................................................................24 1.7.2. ADQUISIÓN DE SEÑALES EMG:.................................................................25 CAPÍTULO II ESTIMACIÓN Y CONTROL .....................................................................27 4 2.1. HISTORIA Y CLASIFICACIÓN DEL CONTROL:.................................................27 2.2. SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO: .........................................28 2.3. PROCESAMIENTO DE SEÑALES EN CONTROL DIGITAL:..............................28 2.4. ESTABILIDAD DE ENTRADA CERO: .................................................................29 2.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EN SISTEMAS DE LAZO CERRADO: .................30 2.5.1. ESPECIFICACIONES DE LA RESPUESTA TRANSITORIA: .......................32 2.6. CONTROLADORES PID SINTONIZABLES: .......................................................33 2.6.1. CONTROLADORES PID DIGITALES:..........................................................33 2.7. PRECISIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO: ......................................................34 2.8. SISTEMAS DE CONTROL NO LINEALES:.........................................................35 2.8.1. NO LINEALIDADES COMUNES EN LOS SISTEMAS DE CONTROL: ........36 2.9. DISEÑO DE CONTROL NO LINEAL:..................................................................37 2.9.1. TÉCNICA DE PRUEBA Y ERROR:...............................................................37 2.9.2. LINEALIZACIÓN POR RETROALIMENTACIÓN: .........................................37 2.9.3. CONTROL DE MODO DESLIZANTE DE ESTRUCTURA VARIABLE:.........38 2.9.4. CONTROL ADAPTATIVO: ............................................................................38 2.9.5. CONTROL INTELIGENTE: ...........................................................................38 2.10. SISTEMAS ADAPTATIVOS:..............................................................................39 2.10.1. PROGRAMACIÓN DE GANANCIA:............................................................39 2.10.2. CONTROL ADAPTATIVO DE MODELO DE REFERENCIA:......................39 2.10.3. REGULADORES AUTOAJUSTABLES: ......................................................39 2.10.4. CONTROL DUAL: .......................................................................................40 2.11. CARACTERISTICAS DEL CONTROL ADAPTATIVO: ......................................41 2.11.1. ALGUNAS CONSIDERACIONES DE IMPLEMENTACIÓN: .......................41 2.12. ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS EN TIEMPO REAL:.....................................42 2.13. MÍNIMOS CUADRADOS CON MODIFICACIÓN DE COVARIANZA:................42 2.14. ALGORITMO DE PROYECCIÓN: .....................................................................43 2.15. ELECCIÓN DEL ALGORITMO DE ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS:............44 CAPÍTULO III DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA PRÓTESIS...................................45 3.1. DISEÑO:..............................................................................................................45 3.2. CONSTRUCCIÓN:...............................................................................................46 3.2.1. ELECCIÓN DEL MODELO DE IMPRESORA Y MATERIAL UTILIZADO: ....46 3.2.1.1. CARACTERÍSTICAS DE ENDER 3 S1: .................................................47 5 3.2.1.2. CARACTERISTICAS DEL PLÁSTICO PLA:...........................................48 3.2.2. PIEZAS FABRICADAS:.................................................................................50 CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO Y RESULTADOS............................54 4.1. IMPLEMENTACIÓN DEL SENSOR DE POSICIÓN PARA EL BRAZO ROBÓTICO:................................................................................................................54 4.2. IMPLEMENTACIÓN DEL SENSOR EMG: ..........................................................55 4.3. CENTRAL DE CONTROL:...................................................................................57 4.5. CONSTRUCCIÓN DE FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA A PARTIR DE ESTIMACIÓN FUERA DE LÍNEA...............................................................................61 4.6. SISTEMAS DE CONTROL APLICADOS:............................................................62 4.6.1. CONTROLADOR PID TIPO 2: ......................................................................62 4.6.2. COMPORTAMIENTO DEL CONTROLADOR PID TIPO 2 CON EL FUNCIONAMIENTO DEL BRAZO ROBÓTICO: .....................................................63 4.6.2.1. ANÁLISIS DE LA GRÁFICA PRINCIPAL: ..............................................64 4.6.3. CONTROLADOR POLINOMIAL GENERALIZADO CON ACCIÓN INTEGRAL: .............................................................................................................65 4.6.4. COMPORTAMIENTO DEL CONTROLADOR POLINOMIAL GENERALIZADO CON ACCIÓN INTEGRAL CON EL FUNCIONAMIENTO DEL BRAZO ROBÓTICO:...............................................................................................66 4.6.4.1. ANÁLISIS DE LA GRÁFICA PRINCIPAL: ..............................................67 5. CONCLUSIONES.......................................................................................................68 6. ANEXOS ....................................................................................................................70 7. BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................7

Control por Optomiografía (OMG) y Construcción de Una Mano Robótica con Tecnología de Impresión 3D

Para el desarrollo del presente proyecto se tiene como base el control y la implementación del hardware en una mano robótica con tecnología de impresión 3D. Cumpliendo con el objetivo principal de la tesis es construir una mano robótica con tecnología de impresión 3D e implementar control por optomiografía y entonces lograr emular los movimientos de extensión y flexión de los dedos con la adquisición realizada por sensores fotoeléctricos en la piel. Con la implementación del control por optomiografía en el microcontrolador se podrá desarrollar el desplazamiento de los dedos de la mano robótica, la configuración de los parámetros a controlar y lograr realizar el monitoreo de todos los parámetros de entrada y salida. El presente documento consta de cuatro capítulos además de conclusiones, observaciones, bibliografía y los anexos. En el capítulo uno se explicará los mecanismos utilizados para el análisis de la problemática de investigación y así poder ejecutar el proyecto. En el capítulo dos se explican las nociones y criterios básicos teóricos para poder desarrollar el proyecto. En el capítulo tres, se realiza el desarrollo de la ingeniería como el diseño y selección mecánica, electrónico y la programación del proyecto. Finalmente, en el capítulo cuatro, se mostrará la implementación del proyecto finalizado e implementado para el desarrollo de las pruebas y corroborar el cumplimiento con los objetivos planteados para el desarrollo de los mismos. Palabras claves: Optomigrafía, Impresión 3D, Control, Mano robótica, Maquina de estados finitos.Tesi

Sistema de control para una articulación de codo con 2 GLD para un prototipo de prótesis de brazo

Implementar un sistema de control para una articulación de codo con dos grados de libertad para un prototipo de prótesis de brazo.Los dispositivos protésicos son creados con el fin de ayudar a las personas que tienen algún tipo de amputación para que puedan realizar las actividades de la vida diaria. Gracias al avance de la tecnología y de la medicina existen dispositivos electrónicos capaces de medir la actividad eléctrica del músculo y generar una señal analógica que puede ser leída fácilmente por un microcontrolador. En este trabajo se presenta un sistema de control para el prototipo de codo con 2 GLD realizado por (Tapia, 2017), el sistema tiene como señal de activación las señales electromiográficas (EMG), generadas por el usuario del dispositivo. Para el desarrollo del sistema de control, el paso inicial es determinar los requisitos y restricciones que presenta el prototipo, después se realiza una búsqueda bibliográfica de trabajos relacionados con estrategias de control, sensórica y ángulos de movilidad para los movimientos de flexión-extensión y prono-supinación. En la selección de los elementos electrónicos se consideran principalmente la disponibilidad, el peso y el tamaño. El modelo matemático para el movimiento de flexión-extensión se obtiene mediante ecuaciones diferenciales y para el movimiento de prono-supinación se obtiene de manera experimental mediante la herramienta Ident de Matlab®. Después de obtener las funciones de transferencia con el modelo matemático, se utiliza una estrategia de control que se conforma principalmente de un controlador PID diseñado por el método del lugar geométrico de las raíces. Los parámetros integral, proporcional y derivativo del PID que se calculan, son modificados de acuerdo con la respuesta de la planta real durante las pruebas de funcionamiento. Como resultado se obtiene un sistema de control con una respuesta rápida y una precisión de ± 2°; los ángulos para el movimiento de flexión-extensión son 30°, 70°, 100° y 130° mientras que para la prono-supinación son 50°, 0° y – 50°. Las señales electromiográficas para la activación del ángulo de cada movimiento corresponden a contracciones leves, medias, medias fuertes y fuertes

Reconstrucción 3D para el desarrollo de prótesis de miembro inferior

The research aim was to propose a new process for obtaining lower limb sockets based on virtual technologies and additive manufacturing use. Previously, the low-cost scanners and his technical feasibility to use it in the development process of a socket from 3D reconstruction was identified. A case study with a participant with transfemoral amputation and quadrilateral socket was conducted. A comparative evaluation of the traditional process and the process based on digital manufacturing technologies was carried out. A technology integration model (Reverse Engineering, CAD and 3D printing) was proposed, setting one point of reference for new medical applications. Likewise, the model utility for technology’s portability, the changes management, and the raw materials and waste reduction, in comparison with the traditional technique was verified.El propósito de esta investigación es proponer el desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de sockets de miembro inferior basado en el uso de tecnologías de adquisición de datos, modelado 3D y manufactura aditiva. Previamente, se identificó la viabilidad en la técnica del uso de escáneres de bajo costo en el desarrollo de un socket a partir de la reconstrucción 3D; mediante el caso de estudio de un participante con amputación transfemoral y socket cuadrilateral, donde se valoró el proceso por técnica tradicional comparado con el proceso basado en tecnologías de manufactura digital. Planteando así un modelo de integración de tecnologías (Ingeniería Inversa, CAD e impresión 3D) y estableciendo una base para estudios en diferentes aplicaciones médicas. Igualmente, se observó la utilidad del modelo frente a la portabilidad de las tecnologías, la gestión de cambios y la reducción de materias primas y desechos; comparándolo con la técnica tradicional

Diseño del sistema de control de un prototipo de prótesis de mano

Diseñar el sistema de control para el accionamiento de un prototipo de prótesis mano.El ser humano es la más grande y compleja muestra de ingeniería y el desear imitar su funcionalidad es un reto que por muchos años, se ha ido perfeccionando gracias a la tecnología junto con las ciencias médicas Por ejemplo el desarrollo de prótesis; con el propósito de mejorar características como: peso, tamaño, sistema de control. Cuando la prótesis efectúa un agarre debe mantener contacto con otros cuerpos de su entorno, éste debe aplicar la fuerza necesaria para levantar el peso, permanecer seguro y no dañar el objeto. Para estas tareas es necesario aplicar una estrategia de control de fuerza y de posición. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un sistema de control para un prototipo de prótesis de mano, de tal forma que el dispositivo levante hasta 200g y realice dos tipos de agarre más usados. Se utiliza la estrategia de control de Ziegler Nichols por medio de la sintonización experimental debido a la complejidad de la planta. Además, se diseña circuitos para acondicionar los sensores y motores que se va a usar en el prototipo; y sus sistemas de control, de posición y de fuerza se implementaron en un hardware libre y de fácil manipulación para cambios futuros. Para finalizar se analizan los resultados de los sistemas de control implementado frente a las pruebas de funcionamiento del prototipo. El prototipo logró levantar el peso propuesto y el agarre de pinza tuvo buena precisión

Prótesis funcional del miembro superior controlada a partir de dispositivo Myo

Proyecto Integrador (I.Biom.)--FCEFN-UNC, 2017Centra en el control de una prótesis funcional de miembro superior mediante el dispositivo comercial Myo Armband. Este brazalete permite obtener la actividad mioeléctrica del antebrazo, utilizando electrodos secos, y la detección de gestos por movimientos, por medio de sensores inerciales. La misma ha sido evaluada en una paciente amputad