Optimización del mecanismo de articulación de rodilla monocéntrica para prototipo de prótesis biomecatrónica

Abstract

Una prótesis transfemoral debe cumplir con condiciones de diseño estrictas, debido a que la articulación de la rodilla es la más compleja del cuerpo humano; un aspecto importante para que una prótesis sea cómoda es su bajo peso y que soporte las exigencias de una marcha humana. La finalidad de este trabajo es optimizar el mecanismo de articulación de rodilla monocéntrica diseñado en la Universidad Técnica del Norte mediante un análisis estructural de esfuerzos no destructivo, comprobando a través de las deformaciones la correcta aplicación de las condiciones de contorno en un análisis de elementos finitos para el mejoramiento exitoso del mecanismo. Se determinó las zonas de medición experimental de deformaciones en la prótesis de rodilla mediante un análisis inicial de elementos finitos; la fuerza de compresión aplicada en los ensayos y análisis de elementos finitos corresponde al peso de una persona de 65 kg y de carga máxima de la prueba estructural principal de la norma ISO 10328. La prótesis de rodilla fue preparada con galgas extensométricas en diferentes puntos, se desarrolló un sistema de adquisición de las señales, filtrado y amplificación para el análisis de los resultados. Las deformaciones se presentaron en las zonas previstas y las magnitudes obtenidas tuvieron un error máximo de 12,43 % y mínimo de 0,49 % con lo que se validó el modelo de elementos finitos. Este modelo se usó como base para crear modelos mejorados, con énfasis en la reducción del peso y una mejor distribución del factor de seguridad. Los resultados obtenidos fueron un peso de 42.82 % menor y factores de seguridad mejor distribuidos, con una reducción de 37,9 % menor en la base y 44,37 % menor en el móvil.