Sistema de control para una articulación de codo con 2 GLD para un prototipo de prótesis de brazo

Abstract

Los dispositivos protésicos son creados con el fin de ayudar a las personas que tienen algún tipo de amputación para que puedan realizar las actividades de la vida diaria. Gracias al avance de la tecnología y de la medicina existen dispositivos electrónicos capaces de medir la actividad eléctrica del músculo y generar una señal analógica que puede ser leída fácilmente por un microcontrolador. En este trabajo se presenta un sistema de control para el prototipo de codo con 2 GLD realizado por (Tapia, 2017), el sistema tiene como señal de activación las señales electromiográficas (EMG), generadas por el usuario del dispositivo. Para el desarrollo del sistema de control, el paso inicial es determinar los requisitos y restricciones que presenta el prototipo, después se realiza una búsqueda bibliográfica de trabajos relacionados con estrategias de control, sensórica y ángulos de movilidad para los movimientos de flexión-extensión y prono-supinación. En la selección de los elementos electrónicos se consideran principalmente la disponibilidad, el peso y el tamaño. El modelo matemático para el movimiento de flexión-extensión se obtiene mediante ecuaciones diferenciales y para el movimiento de prono-supinación se obtiene de manera experimental mediante la herramienta Ident de Matlab®. Después de obtener las funciones de transferencia con el modelo matemático, se utiliza una estrategia de control que se conforma principalmente de un controlador PID diseñado por el método del lugar geométrico de las raíces. Los parámetros integral, proporcional y derivativo del PID que se calculan, son modificados de acuerdo con la respuesta de la planta real durante las pruebas de funcionamiento. Como resultado se obtiene un sistema de control con una respuesta rápida y una precisión de ± 2°; los ángulos para el movimiento de flexión-extensión son 30°, 70°, 100° y 130° mientras que para la prono-supinación son 50°, 0° y – 50°. Las señales electromiográficas para la activación del ángulo de cada movimiento corresponden a contracciones leves, medias, medias fuertes y fuertes.