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Control prótesis transfemoral reconocimiento intención movimiento

Enviado por   •  7 de Marzo de 2023  •  Tareas  •  2.668 Palabras (11 Páginas)  •  134 Visitas

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PROYECTOS MECATRONICOS II                        

  1. Diseño del sistema de control de una prótesis transfemoral a partir del reconocimiento de la intención de movimiento y considerando aspectos de seguridad.

PROBLEMA, OBJETIVO Y BREVE AVANCE DEL ESTADO DEL ARTE

  1. Introducción

En el presente documento se presenta una breve descripción de: la de la realidad actual en personas con amputaciones transfemorales en el Perú y el mundo, los problemas técnicos presentes en las prótesis transfemorales activas. También se muestra el estado actual de la tecnología en este ámbito, y la metodología para el desarrollo de un sistema de control.

  1. Problemática y propuesta de solución

Según la organización mundial de la salud (OMG) y el Banco Mundial, cerca del 15% de la población mundial sufre algún tipo de discapacidad, lo cual conduce a diversas problemáticas; como la falta de accesibilidad a servicios básicos y problemas con la prestación de servicios (Organización Mundial de la Salud y Banco Mundial, 2011). En el Perú se estima que el 5,2% de la población nacional (1 millón 575 mil 402 personas) padecen de algún tipo de discapacidad (limitación física o mental), de las cuales el 59,2% sufre de dificultades al caminar o para el uso de los brazos, siendo las de mayor incidencia las discapacidades para caminar.

Del total de la población peruana que presenta alguna discapacidad de locomoción o destreza, el 92% tiene dificultad para caminar distancias cortas o largas (Vulnerables, 2014); cabe recalcar que estas personas también sufren la pérdida de las funciones relacionadas con el control de los movimientos voluntarios en la pierna (Organización Mundial de la Salud, 2011).

Los recientes avances tecnológicos han permitido el desarrollo de numerosas prótesis y órtesis para la asistencia física y la restauración de la locomoción humana en personas que sufren algún tipo de discapacidad en las piernas; de estas se destaca las prótesis transfemorales activas (PTA) por presentarse una demanda significativa.

Actualmente, a pesar del gran avance técnico de las PTA frente a la década pasada, hay relativamente pocos estudios que documenten el desarrollo del sistema de control de una PTA que integre: el reconocimiento de la intención de movimiento y los diferentes tipos control empleados (Jiménez-Fabián y Verlinden, 2012; Tucker et al., 2015; Varol, Sup, y Goldfarb, 2010).

Los principales problemas que se presentan en las PTA son: el desarrollo de estrategias de control, que repliquen los movimientos naturales de la pierna humana; el correcto reconocimiento de la intención de movimiento, en diferentes rutinas que pretende ejecutar la persona como: correr, caminar, saltar, sentarse, agacharse, entre otras (Aaron J Young, Fey, y Hargrove, 2014); y el incorrecto funcionamiento de las prótesis, lo cual es perjudicial para la integridad del usuario.

Frente a estas problemáticas, se percibe la necesidad del desarrollo de un sistema de control que replique las funciones relacionadas con el control de los movimientos voluntarios durante la caminata humana, a partir del procesamiento de las señales electromiográficas (EMG) provistas por el cuerpo, un registro previo de patrones de movimiento durante la caminata y la supervisión del correcto funcionamiento de la prótesis; permitiéndole a la persona retomar sus tareas cotidianas primarias.

  1. Prótesis

Las prótesis transfemorales pueden clasificar en tres grandes grupos: pasivas, semi-activas y activas. Las prótesis pasivas no requieren de una fuente de alimentación para su funcionamiento, y en general son menos adaptables a las perturbaciones ambientales que las prótesis amortiguadas o activas.

En el ámbito tecnológico de las rodillas de las prótesis activas han ocurrido avances significativos. Estas rodillas requieren una fuente de alimentación para modular los niveles de amortiguación y adaptarse a las diferentes rutinas de marcha. Las PTA ofrecen varias ventajas sobre los diseños mecánicamente pasivos, incluyendo estabilidad mejorada y adaptación a diferentes velocidades ambulatoria (flores 1,972) (Stein, Rolf, James, y Tepavic, 1990) (Kitayama, Nakagawa y Amemori 1992) (Herr y Wilkenfeld 2,003) (Johansson, et al. 2005) (Zahedi 1.993). A partir de estos ejemplos, dos de los dispositivos más avanzados y los más relevantes para la presente investigación, son los modelos C-Leg y Genium del Otto Bock. Estas rodillas utilizan un microprocesador para ajustar las características de amortiguación de su junta hidráulica con el fin de adaptarse a la velocidad de la marcha del usuario para detectar y prevenir tropiezos. Un segundo ejemplo de una rodilla basado microcontrolador es la rodilla Rheo, desarrollada originalmente en el MIT. Esta prótesis de rodilla activa que controla el flujo que hace variar la velocidad movimiento de la prótesis y la adaptación del terreno.

  1. Estado del arte

Durante las últimas cinco décadas se han desarrollado prótesis de piernas activas y semi-activas, obteniéndose resultados satisfactorios en múltiples campos, aunque todavía existen factores que limitan el uso masivo y la comercialización, siendo los principales: las fuentes de alimentación portátiles de larga duración, actuadores livianos y transmisiones de alta eficiencia (Jiménez-Fabián y Verlinden, 2012).

  1. Tecnológico

En el mercado existen al menos cuatro modelos de prótesis muy relevantes que son controladas artificialmente. Unas emplean un mecanismo tipo monocéntrico con el cual se realiza la flexo-extensión. Uno de ellos utiliza un mecanismo tipo policéntrico de cinco barras. Su masa varía entre 1240 y 1630 g como se muestra en la Tabla 0.1 También están diseñadas para un rango de actividad bajo hasta uno alto. Esto significa que el usuario o paciente puede, hacer tareas como estar sentado o caminar en casa hasta realizar actividades como salir a caminar.

Cabe señalar que no existe un estudio donde se defina el peso que debe tener la prótesis de rodilla en relación con el peso de la persona, sin embargo se busca que el peso sea el menor posible, considerando que el igualar el peso del miembro sano es inadecuado debido a que ya no se tiene toda la maquinaria biológica con la que cuenta la rodilla de un paciente sano.

De las cuatro prótesis mostradas en la Tabla 0.1, sólo una de ellas, Rheo-Knee 3es capaz de adaptarse al entorno sin la necesidad de que un técnico de prótesis realice ajustes técnicos. Todas las prótesis están diseñadas para pesos de pacientes que rondan los 130kg.

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