Diseño y construcción, e implementación de una prótesis para amputación transfemoral, implementando un sistema de control adaptativo Prótesis VR

En este proyecto de grado se diseño y construyó una prótesis mioeléctrica para miembro inferior de tipo transfemoral, capaz de poder llevar a cabo la marcha de una persona con ausencia de su miembro inferior, de la forma más natural posible. Esta se construyó combinando materiales poliméricos y metá...

Full description

Autores:
Villamil González, José Luis
Rueda Román, Fabián Andrés
Tipo de recurso:
Investigation report
Fecha de publicación:
2008
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/17018
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/17018
Palabra clave:
Prosthesis
Myoelectric signals
Polycentric knee
Digital signal processing
Adaptive control
Artificial implants
Biomedical materials
Braces
Prototype development
Technological innovations
Implantes artificiales
Materiales biomédicos
Aparatos ortopédicos
Desarrollo de prototipos
Innovaciones tecnológicas
Prótesis
Señales mioeléctrica
Rodilla policéntrica
Tratamiento digital de señales
Control adaptativo
Rights
License
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description En este proyecto de grado se diseño y construyó una prótesis mioeléctrica para miembro inferior de tipo transfemoral, capaz de poder llevar a cabo la marcha de una persona con ausencia de su miembro inferior, de la forma más natural posible. Esta se construyó combinando materiales poliméricos y metálicos dando así acceso a este producto a personas de bajos recursos debido a la reducción de costos por la utilización de estos materiales. La interacción con el paciente se hizo por medio la casa ortopédica ASE Ortopédicas. Para esta se utilizó como elementos de adquisición de las señales, electrodos ubicados en diferentes partes del muñón en donde hay actividad muscular durante la marcha. Estas señales son procesadas mediante una serie de técnicas con las cuales se resaltan y segmentan dichas señales con el fin de extraer las regiones de interés. Además de pasar por un proceso de filtrado, dichas sefñales se clasifican dependiendo de la intensidad en ciertas etapas de la marcha, con el fin de sumistrar una información completa que permita determinar en qué fase de de esta se encuentra el paciente en determinado tiempo. A partir de esta información el proceso continúa con la acción del motor que es el actuador encargado de realizar los movimientos correspondientes a la rodilla policéntrica a través de un controlador adaptativo de topología DIRAC.
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A partir de esta información el proceso continúa con la acción del motor que es el actuador encargado de realizar los movimientos correspondientes a la rodilla policéntrica a través de un controlador adaptativo de topología DIRAC.1. INTRODUCCIÓN 2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.2 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 2.3 USUARIOS DIRECTOS E INDIRECTOS POTENCIALES 2.4 ESTADO DEL ARTE 2.5 OBJETIVO GENERAL 2.6 OBJETIVOS ESPECIFICOS 3. MARCO TEORICO 3.1 MARCHA HUMANA 3.1.1 Subdivisión de la fase de apoyo 3.1.2 Subdivisión de la fase de balanceo 3.1.3 Línea del centro de gravedad 3.1.4 Desplazamiento lateral 3.1.5 Características de la marcha que influencian la línea del centro de gravedad > Flexión de la rodilla durante la fase de apoyo. > Rotación de la pelvis. > Ancho de la base de sustentación. 3.1.6 Métodos de estudio de la marcha > Movimiento en el plano sagital entre el contacto del talón y el punto de apoyo medio. 3.2 PRÓTESIS DE MIEMBRO INFERIOR 3.2.1 Historia 3.2.2 Trabajo de equipo 3.2.3 Componentes de la prótesis 3.2.4 Amputaciones por encima de la rodilla > Nivel de amputación. Técnica quirúrgica 3.2.5 Muñón para prótesis 3.2.6 Prótesis para amputaciones por encima de la rodilla > Tipos de encaje (Socket) > Conjunto tobillo pie 3.2.7 Modelos de prótesis > Prótesis exoesqueléticas > Prótesis modular o endoesquelética 3.3 MECANICA FISIOLOGICA DE LA RODILLA 3.3.1 Mecánica patológica de la rodilla 3.3.2 Fuerzas musculares aplicadas a la articulación de la rodilla 3.3.3 Articulaciones y mecanismos de rodilla > Articulación de rodilla de libre movimiento > Articulación de rodilla desplazada 3.3.4 Tipos de mecanismos de rodilla > Rodlillas libres > Rodlillas hidráulicas > Rodillas con freno de fricción > Rodillas con cierre manual 3.4 SEÑALES MIOELECTRICAS 3.4.1 Potencial de unidad motora 3.4.2 electrodos de superficie para EMG 3.5 PROCESAMIENTO DIGITAL DE LAS SEÑALES MIOELECTRICAS 35.1 Extracción de las características 3.5.2 Aproximación temporal > Valor medio absoluto > Cruces por cero > Cambio de pendiente > Longitud de onda 3,5,3 Modelo paramétrico AR > Modelo AR > Modelo AR utilizando el método de Burg > Modelo AR utilizando el método de la covarianza > Modelo AR utilizando el método de Yule-Walker 3.5.4 Aproximación espectral > Periodográma > Espectrográma 3.5.5 Aproximación con Wavelet Packets > Transformada Wavelet discreta > Descomposición con Wavelets Packets 3.6 RECONOCIMIENTO DE PATRONES 3.6.1 Concepto 3.6.2 Clasificación de patrones mediante la adaptación 3.6.3 Adaptación por correlación > Que es correlación > Propiedades del coeficiente de correlación > Coeficiente de correlación Spearman > Clasificación de patrones mediante la adaptación por correlación 3.7 CONTROL ADAPTATIVO 3.7.1 Concepto 3.7.2 CONTROL ADAPTATIVO DIRECTO (DIRAC) > Concepto > Adaptación directa (DIRECT): > Controlador PID Auto-sintonizado Diseño de controladores 4. ESTRUTURACION 4.1 INFORMACION 4.2 DETECCION DE NECESIDADES 4.3 ANALISIS 4.4 SUBDIVISIÓN DE PROBLEMAS 4.5 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 4.5.1 Requerimiento del uso 4.5.2 Requerimientos de función 4.5.3 Requerimientos estructurales 4.5.4 Requerimientos técnico-productivos 4.5.5 Requerimientos formales 5. DESARROLLO DE LA PROTESIS 5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 5.2 DISEÑO MECÁNICO 5 2.1 Modelamiento de la marcha humana 5.2.2 Diseño de rodilla de la prótesis vr 5.2.3 Analisis Estructural de la Rodilla 5.3 DISEÑO ELECTRONICO PARA LA ADQUISICION DE SEÑALES EMG 5.3.1 Electrodos Superficiales 5.3.2 Ubicación de los sensores 140 5.3.3 Amplificación de la señal electromiográfica 142 5.3.4 Filtrado Análogo 143 5.3.5 Interfaz electrónica de adquisición y digitalización de la señal EMG 147 5.3.6 Tratamiento digital de las sefales emg 148 5.3.7 Clasificación de patrones 169 5.3.8 Diseño del controlador 171 5.4 RESULTADOS 187 6. METODOLOGIA 192 6.1 ELECCION DEL TEMA 192 6.2 CONSULTA BIBLIOGRÁFICA 193 6.3 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 194 6.4 PERTINENCIA, VIABILIDAD Y OPERABILIZACIÓN DE LAS VARIABLES 194 6.5 DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO. 194 6.6 IMPLANTACIÓN. 196 7. CONCLUSIONES 197 BIBLIOGRAFIA 199 205 AnexosIn this degree project, a transfemoral myoelectric lower limb prosthesis was designed and built, capable of being able to carry out the gait of a person with the absence of their lower limb, in the most natural way possible. This was built by combining polymeric and metallic materials, thus giving access to this product to low-income people due to the reduction in costs due to the use of these materials. The interaction with the patient was done through the orthopedic house ASE Orthopedics. For this, electrodes located in different parts of the stump where there is muscle activity during walking were used as signal acquisition elements. These signals are processed through a series of techniques with which these signals are highlighted and segmented in order to extract the regions of interest. In addition to going through a filtering process, these signals are classified depending on the intensity at certain stages of gait, in order to provide complete information that allows determining in which phase of the gait the patient is at a given time. Based on this information, the process continues with the action of the motor, which is the actuator in charge of carrying out the movements corresponding to the polycentric knee through a DIRAC topology adaptive controller.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño y construcción, e implementación de una prótesis para amputación transfemoral, implementando un sistema de control adaptativo Prótesis VRDesign and construction, and implementation of a prosthesis for transfemoral amputation, implementing an adaptive control system VR ProsthesisResearch reportinfo:eu-repo/semantics/workingPaperInforme de investigaciónhttp://purl.org/coar/resource_type/c_18wshttp://purl.org/coar/resource_type/c_18ghhttp://purl.org/coar/resource_type/c_8042info:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/INFUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaProsthesisMyoelectric signalsPolycentric kneeDigital signal processingAdaptive controlArtificial implantsBiomedical materialsBracesPrototype developmentTechnological innovationsImplantes artificialesMateriales biomédicosAparatos ortopédicosDesarrollo de prototiposInnovaciones tecnológicasPrótesisSeñales mioeléctricaRodilla policéntricaTratamiento digital de señalesControl adaptativo[1] URBANO, E. 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