Protesis de una mano

SISTEMA DE CONTROL DE MOVIMIENTO PARA PRÓTESIS DE MANO.

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO

AUTOR: WILLINGTON JAIME ARCOS LEGARDA

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA PAMPLONA COLOMBIA MAYO DE 2005

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS JUSTIFICACIÓN 1. ANTECEDENTES. 2. SENSORES ENPRÓTESIS DE MANO. 2.1. Descripción Técnica de Los Sensores Artificiales. 2.2. Sensor de fuerza. 2.2.1. Galgas extensiométricas. 2.2.2. Diseño del Transductor. 2.2.3. Análisis de Resultados y Justificación de Decisiones. 2.3. Propioceptor Artificial. 2.4. Sensor De Sobrecorriente. 3. CONTROLADOR. 3.1. Controlador Digital. 3.2. Sistemas de Control con Lazo Cerrado. 4. INTERFAZ DE USUARIO. 4.1.Descripción. 4.2. Programa en Matlab para Interfaz. 4.3. Programa en Mplab Asm para Comunicación Serial.

I III IV 1 5 10 13 14 16 31 33 35 37 43 47 54 54 56 64

5. MIOELECTRICIDAD. 5.1. Origen de los Potenciales Bioeléctricos. 5.2. Membrana Celular. 5.3. Potencial de Acción. 5.4. Electrodos para Biopotenciales. 5.5. Origen de las señales EMG, 5.6. Interfaz Hombre-Maquina CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFÍA.66 66 67 68 70 73 75 84 88

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Prótesis convencional accionada por el cuerpo, Extraída de [16]. Figura 1.2. Prótesis controlada eléctricamente con señales bioeléctricas, Extraída de [16]. Figura 1.3. Prótesis controlada por voz, Extraída de [16]. Figura 1.4. Prótesis hibrida, Extraída de [16]. Figura 2.1.Receptores Sensoriales de la piel, Extraída de [24]. Figura2.2. Puente de Wheastone. [Autor] Figura 2.3. Configuraciones de Strain Gages[vishay]

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Figura 2.4. Diagrama típico para el diseño del transductor de presión. [vishay]. 20 Figura 2.5. a) Cuerpo Del Sensor De Fuerza. b) Pastilla De Presión. c) Conjunto Del Sensor De Fuerza.[Autor(Solid edge)] Figura 2.6. Amplificación y acondicionamiento de galga extensiométrica. [Elaborada porel Autor (Proteus)] Figura 2.7. Diagrama de Bloques Para Programación Directa. [Elaborada por el Autor (Simulink)] Figura 2.8.Circuito del Sensor de corriente para un Motor DC. [Elaborada por el Autor (Proteus)]. Figura 3.1. Diagrama de Flujo del Controlador para UNPROT1. 36 34 33 32

[Elaborada por el Autor (Corel)] Figura 3.2. Estructura básica del controlador. [Elaborada por el Autor(Corel)] Figura 3.3.Controlador Digital PID dado por la ecuación (3.4.). [Elaborada por el Autor (Simulink)] Figura 3.4.Controlador Digital P dado por la ecuación (3.5.). [Elaborada por el Autor (Simulink)] Figura 3.5.Controlador Digital PI dado por la ecuación (3.6.). [Elaborada por el Autor (Simulink)] Figura 3.6.Arquitectura Detallada del sistema Control con lazo cerrado. [Elaborada por el Autor(Corel)] Figura 4.1. Ventana de Interfaz de Comando para UNPROT1. [Elaborada por el Autor (Guide)] Figura 5.1 Estados Transitorios De Un Biopotencial, extraida y adaptada de [1]. Figura 5.2. Electrodo Sobre La Piel, extraída de [1]. Figura 5.3. a) Configuración de los electrodos monofásica. b) Configuración de los electrodos bifásica, extraída y adaptada de [13]. Figura 5.4. Diagrama de unidad motora,extraída [10]. Figura 5.5.Circuito de Amplificación para Señales Mioeléctricas, Cuatro Canales [Elaborada por el Autor (Proteus)]

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Figura 5.6. Respuesta en Frecuencia de los Filtros. [Elaborada por el Autor (Matlab)] Figura 5.7.Circuito de Interfaz PC – Tarjeta de Comunicación con el Controlador de servos. [Elaborada por elAutor (Proteus)] Figura 5.8. Tipos diferentes de agarres, extraída [18] Figura 5.9. UNPROT2. 82 82 83 80

INTRODUCCION

En el presente trabajo, el lector encontrará información acerca de la Arquitectura de Control, Sensórica e Interfaces para prótesis de mano. La información aquí expuesta ha sido recogida del trabajo realizado con el grupo de Investigación en Biomecánica y Optimización de la...