Reemplazo total de rodilla asistido por el robot ROSA

El reemplazo total de rodilla es un procedimiento con excelentes resultados, siempre y cuando se alcancen los objetivos de alineación y balance ligamentario. El confort y el bienestar posoperatorios se logran mediante un implante adecuado para cada paciente y el correcto posicionamiento de la prótesis. El sistema robótico ROSA utiliza información recolectada antes de la cirugía y durante esta, y le otorga al cirujano las herramientas necesarias para reproducir la anatomía específica de cada paciente. De esta manera, se logran implantes personalizados basados en los reparos anatómicos de cada individuo y en una planificación a partir de datos biométricos concretos. Nivel de Evidencia: I

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

Desarrollo de prótesis biomédica transradial con impresión 3D para adultos en Huancayo

Las prótesis en Huancayo tienen un precio exorbitante, escasa accesibilidad y limitada variedad que no permite a la población vulnerable suplir las pérdidas. Así, el índice de pérdida de miembro superior por accidentes o causas congénitas según el INEI siguen aumentando. La tecnología, ha dado lugar a innovadores avances, ya que la pérdida de una extremidad ocasiona problemas de reintegración social, por ello las personas amputadas reemplazan dichas perdidas por dispositivos funcionales y cómodos, pero lamentablemente la provincia presenta limitantes frente a esta solución. Debido a ello, el autor busca desarrollar una prótesis biomédica transradial de adaptación rápida, ergonómica, de bajo costo con impresión 3D y sensor infrarrojo en Huancayo. La adquisición de una prótesis debe ser un derecho universal, pero solo el 0.01% de la población en este estado puede acceder a ellas. En esta investigación se planteó una alternativa de manufactura para el desarrollo de una prótesis que puede estar al alcance y satisfacer las necesidades, durante el proceso; para eso, previo a evaluaciones se observó como la impresión 3D, el escáner 3D y la adaptación del sensor infrarrojo al fusionarse permitieron la obtención de señales que se transforman en funciones de la prótesis. Los resultados de la presente investigación fueron positivos, ya que la prótesis biomédica transradial fue desarrollada de manera ergonómica, se adaptó casi inmediatamente llegando así a realizar tres acciones y el usuario puntuó un 8/10 la experiencia. Se concluyó que Huancayo puede desarrollar prótesis, ya que cuenta con equipos e instalaciones para este tipo de proyectos

Diseño de dispositivo wearable exoglove para rehabilitación de mano aplicada a discapacitados con parálisis temporal usando protocolo de movilización mediante actuación por TSA

La presente tesis titulada “Diseño de dispositivo wearable exoglove para rehabilitación de mano aplicada a discapacitados con parálisis temporal usando protocolo de movilización mediante actuación por TSA”, Permitirá satisfacer la necesidad crítica de asistencia manual en terapia mediante actuadores eléctricos para personas con discapacidad neuromuscular del miembro superior, presentan dificultades para realizar actividades diarias ya que pierden capacidades motoras de sus manos. Este documento presenta un dispositivo wearable de estructura mecánica suave impresa en 3D usando software de diseño CAD, Basándome en las dimensiones promedio y cinemática de la mano humana para un exoesqueleto de mano, que consta de un sistema TSA (Twisted String Actuator) que servirá de forma práctica para mantener la mano en una postura estática con los dedos estirados y desplazarla a una postura de agarre dando la posibilidad de realizar distintos ejercicios de rehabilitación beneficiando el proceso de terapia. La investigación se basó en los conceptos de rehabilitación médica, fisiológica de la mano y ortesis médicas para configurar la estructura del prototipo inicial en conjunto con componentes electrónicos, utilizando motores eléctricos de 0.2 N.m para mover la mano. Como resultado de la investigación, se obtuvo un diseño práctico con un peso ligero y un rango amplio de movimiento para el usuario, la estructura mezcló elementos rígidos y suaves. El equipo se configuró para que fuera operable por un tercero para facilitar la terapia en etapas tempranas, mejorando el tono muscular y reactivando los nervios en la mano. Como conclusión de la tesis, el diseño del dispositivo con piezas impresas en 3D genera un gasto menor a los 900 soles, es reajustable al tamaño de la mano, posibilitando una mayor gama de pacientes. Lo que conlleva a un incremento de casos tratados y un menor esfuerzo de los terapistas de nuestro sistema médico

Mejoras en una prótesis mioeléctrica de mano para su uso en rehabilitación

Las prótesis mioeléctricas están cada vez más evolucionadas. Por ello resulta interesante poder desarrollar uno de estos dispositivos con un presupuesto ajustado, para que así todo el mundo pueda acceder a una prótesis mioeléctrica. En el presente documento se realizará un recorrido por el proceso de creación de una prótesis mioeléctrica asequible, sin dejar de ser funcional. Se comenzará con una introducción teórica, para después continuar con el desarrollo del hardware, separando cada una de las componentes. Posteriormente se verá el desarrollo del software, así como todas las pruebas que han sido necesarias para el correcto funcionamiento de la prótesis. También se ha tenido en consideración la necesidad de incluir un sistema de sensores en la prótesis que nos ayuden a que el manejo de esta sea más natural y eficiente. El resultado final es una mano mioeléctrica que, si bien no es funcional, tiene mucho potencial para serlo, tras aplicar unas pequeñas mejoras, las cuales también han sido reflejadas en la memoria en el apartado “líneas de mejora”.Grado en Ingeniería de Tecnologías Específicas de Telecomunicació

Control de una prótesis de mano para varios tipos de prensión empleando comandos de voz

Este documento presenta el desarrollo de un estudio cinemático de la mano empleando un sistema de captura de movimiento por cámaras infrarrojas y marcadores para posterior control de un prototipo de prótesis de mano. El objetivo es definir parámetros cinemáticos que permitan diferenciar cuatro tipos de agarre distintos y para ello se llevaron a cabo diferentes sesiones de captura de movimiento, logrando un total de 30 grabaciones por movimiento, logrando un total de 120 grabaciones. El análisis cinemático indica que existe una tendencia en las articulaciones de los dedos a presentar tres fases: acercamiento, cierre y sostenimiento. Centrando el estudio en la fase de cierre fue posible encontrar rangos angulares y duraciones de los cierres para los distintos tipos de agarre. Adicionalmente, se buscó desarrollar un sistema de control por movimientos (cierres o agarres) predefinidos en un prototipo de prótesis de mano, buscando cumplir con los parámetros cinemáticos hallados a partir de la captura de movimiento. Al final se logró construir un sistema de control en el entorno Matlab® que, enlazado con una tarjeta Arduino®, es capaz de reconocer diferentes comandos de voz y accionar el prototipo de prótesis para diferentes movimientos predefinidos.Abstract. This document shows the development of a cinematic study of the hand using a motion capture system by infrared cameras and markers for subsequent control of a prototype prosthetic hand. The aim is to define kinematic parameters to differentiate four different types of grip, and for this purpose were held several motion capture sessions, achieving a total of 30 recordings by motion, making a total of 120 recordings. Kinematic analysis indicates a trend in the joints of the fingers to present three phases: approach, close and support. Focusing the study in the closing phase, it was possible to find angular ranges and duration of closures for different types of grip. Additionally, it was sought to develop a predefined motion control system (locks or grips) for the prototype prosthetic hand, looking to comply with the kinematic parameters found from the motion capture. Finally it was possible to build a control system in the Matlab® environment, linked to an Arduino® card, being able to recognize different voice commands and operate the prototype prosthesis for different predefined movements.Maestrí

Diseño avanzado y desarrollo de una ortesis de protección postoperatoria mediante tecnologías de fabricación aditiva.

El presente trabajo final de grado va a tener como tema principal las tecnologías de fabricación aditiva (FA), y específicamente, la aplicación que a estas tecnologías se le dan dentro de un sector tan importante como lo es el ámbito de la salud o de la medicina. Dentro de este sector de la medicina, el proyecto se va a desarrollar en el marco de las ortesis o férulas, y concretamente, se va a realizar el diseño avanzado de una ortesis de protección postoperatoria para una paciente del hospital Puerta del Mar de Cádiz, quien padece de una patología conocida como pseudoartrosis de tibia. Dicha patología requiere de intervenciones quirúrgicas y de posteriores procesos de rehabilitación, tras los que la paciente necesitará de una ortesis que le permita proteger la zona afectada de posibles golpe, de manera que le permita llevar a cabo su rutina diaria sin preocupaciones. El proyecto no solo se limita a realizar un simple diseño de una ortesis, sino que abarca mucho más, desde estudios acerca de las tecnologías de fabricación aditiva y sus materiales, estudios sobre tipología de ortesis, estudios de mercado, etc. Además, se aplica la ingeniería inversa, tecnologías de escaneado 3D y tecnologías de modelado 3D, mediante los que se ha llevado a cabo el desarrollo completo de la ortesis con un diseño totalmente personalizado, así como el prototipado y fabricación de la misma

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

Control cinemático y de fuerza de una mano robótica para el agarre estable

Este proyecto tratar de allanar el camino para futuros desarrollos que involucren alguno de los pilares fundamentales del mismo; detección, posicionamiento y reconocimiento de objetos por medio de Point Cloud Library, uso de la mano Shadow Hand UPCT, uso de ROS y sincronización entre dos robots. Así como la comunicación entre ROS y un robot no embebido en dicho sistema por incompatibilidades. De este modo, el proyecto trata de servir a fines mayores; por un lado, puede definirse como parte de un proyecto de mayor envergadura concebido junto a J.Macanás: Sincronización entre el robot Shadow Hand y un brazo robótico LWA-4P de Robotnik para alcanzar y agarrar de forma estable diversos objetos. Por otro lado, trata de servir como herramienta de iniciación o apoyo para el grupo NEUROCOR en la realización de su proyecto internacional relacionado con el desarrollo de un exoesqueleto. Así, sin más preámbulos, se puede señalar que este proyecto presenta como objetivos primordiales: • Aprendizaje y familiarización con Linux (Debian y Ubuntu). • Puesta en marcha del robot Shadow Hand. • Desarrollo de software básico de movimiento del robot usando API’s y C básico. • Aprendizaje y familiarización con ROS. • Aprendizaje de C++ y familiarización con Python. • Integración, configuración y prueba del robot en ROS. • Realizar agarres estables de objetos con el robot Shadow Hand. • Desarrollo de librerías propias de control en C++. • Desarrollo de un sistema de visión artificial con reconocimiento de objetos y triangulación de coordenadas. • Puesta en marcha del sistema de Visión Artificial. • Reconocer los objetos a agarrar mediante un sistema de visión artificial integrado en ROS. • Adhesión física del robot Shadow Hand al brazo Robotnik Schunk LWA-4P. • Desarrollo de las pautas para la sincronización del robot con un brazo robótico, programado por terceros. Los objetivos se han presentado desglosados según las metas puntuales definidas para cada una de las fases en las que se ha estructurado el proyecto. Los elementos remarcados constituyen partes adicionales, no incluidas en la rúbrica, que complementan los objetivos principales, añadiendo valor al desarrollo realizado.Escuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Politécnica de Cartagen

Control avanzado para robótica asistencial y sanitaria

El contenido de los capítulos 3 y 4 están sujetos a confidencialidad. 148 p.En las últimas décadas, observando la necesidad mejorar la calidad de vida de enfermos con movilidad reducida, y los progresos obtenidos gracias a la utilización de los robots en la industria, los dispositivos robóticos han sido propuestos para aplicaciones asistenciales y sanitarias, como la rehabilitación. Los robots de rehabilitación permiten emular los ejercicios de un fisioterapeuta obteniendo tratamientos de mayor precisión y frecuencia. Asimismo, funcionan como una herramienta de medición que permite cuantificar fuerzas y/o movimientos. Y con ayuda de un interfaz gráfico, construyen un entorno de realidad virtual facilitando e incentivando el proceso de rehabilitación.Sin embargo, debido a su reciente introducción al ámbito clínico, muchas de las áreas de la robótica de rehabilitación no han sido estudiadas en profundidad, existiendo varios aspectos a mejorar. Ante esta situación, en esta tesis doctoral se ha planteado indagar en el control de dispositivos robóticos para terapias de rehabilitación.Para lograr este objetivo, la tesis se ha estructurado en tres grandes bloques. En el primero, se ha planteado una metodología de modelado cinemático y dinámico para los dispositivo robóticos de rehabilitación. Esta metodología se ha implementado y validado en el robot de rehabilitación de los miembros superiores UHP (Universal Haptic Pantograph), consiguiendo el modelo del robot necesario para el diseño de controladores avanzadosEn el segundo bloque se ha analizado la problemática de control asociada a los robots de rehabilitación, deduciendo la necesidad de implementar controles avanzados adaptados a los requerimientos particularidades de la robótica de rehabilitación. Con el fin de dar respuesta a estas necesidades, se ha propuesto un algoritmo de control dividido en dos niveles: los de nivel de tarea, que generan una referencia de fuerza o de posición dependiendo del estado de recuperación del paciente y del ejercicio seleccionado; y los de nivel de dispositivo, que siguen a la referencia generada por los de nivel de tarea generando movimientos suaves y seguros. Asimismo, con el fin de simplificar las dificultades introducidas por los sensores, el algoritmo de control diseñado se ha dotado con estimadores que permiten calcular la posición y la fuerza de contacto entre el dispositivo robótico y el usuario.Por último, en el tercer bloque de la tesis se ha diseñado e implementado una plataforma de control y ejecución, que además de permitir la ejecución en tiempo real del algoritmo de control, sirve de puente de comunicación entre el robot de rehabilitación, el usuario y el controlador. Esta plataforma de control y ejecución ha permitido realizar diferentes pruebas experimentales del algoritmo de control propuesto, lo que ha posibilitado validar su funcionamiento en diferentes escenarios