INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN
PROTÉSIS INTELIGENTES-MIOELÉCTRICAS-MIEMBRO
PRESENTAN:
JOSÉ BENANCIO BARRIGA REBOLLAR.CUBERTO CELESTINO GÁLVEZ.
ASESOR:
ASESOR: ADRIAN NUÑEZ VIEYRA
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA
MORELIA, MICHOACÁN 06 de junio de 2014
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las personas durante años han sufrido accidentes o debido a causas ajenas han perdido
alguna extremidad del cuerpo, esto causa que cambie por completo su ritmo de vida. El avance
en el diseño de las prótesis está ligado directamente con el desarrollo tecnológico de materiales
útiles para estas implementaciones y la comprensión de la biomecánica del cuerpo humano.
El proceso de sustituir un miembro que ha sido amputado no es sencillo y más aún
cuando se trata de colocar una prótesis de miembro superior, ya que el brazo cumple muchas
funciones esenciales como el tacto y la compresión.
La búsqueda de materiales para la fabricación de la prótesis siempre ha generado
problemas para la comodidad de la persona que la va a utilizar con el objetivo de que se
acostumbre a llevarla puesta sin que esta genere molestias, tanto por el peso como por la
apariencia.
Las piezas que se utilizaran deberán ser programadas para llevar a cabo las funciones
necesarias que requiera la persona. Después de dicha operación se practicaran rehabilitaciones
para que se familiarice y pueda ocupar la prótesis con normalidad.
El diseño y la creación de este tipo de prótesis generan un costo elevado ya que los
materiales y el diseño requieren de una manufactura especializada para su elaboración.
Pregunta de investigación
¿Es posible crear una prótesis hecha con materiales de calidad que no tenga un costo
elevado su adquisición?
JUSTIFICACIÓN
Es importante dar a conocer nuevas mejoras en la tecnología y demostrar la gran
necesidad de que las prótesis inteligentes se hagan comerciales en nuestro país México. A través
de la creación de un grupo de egresados y/o alumnos del Instituto Tecnológico de Morelia que
desarrollen un modelo de prótesis inteligentes de brazo y pueda estar al alcance de las personas
con escasos recursos. En estos grupos se pueden incorporar estudiantes de diferentes carreras
(Informática, Gestión Empresarial, Administración, Industrial, etc.), ya que para que el producto
entre al mercado es necesario de los conocimientos de áreas específicas enfocadas al negocio y la
mercadotecnia.
Se pretende que con la colaboración de empresas e investigadores aporten recursos para
la sustentabilidad del proyecto, teniendo como resultado un producto de calidad y al mejor precio
de acceso.
HIPÓTESIS
“El uso de una prótesis diseñada para el brazo ayudara a la capacidad motriz perdida por aquella
persona que sufrió un accidente “.
OBJETIVOS
Objetivo general
Motivar a toda aquella persona con los conocimientos necesarios para llevar a la práctica
esta investigación y de igual forma comenzar los primeros prototipos para su venta.
Objetivos específicos
Para conseguir lo anterior han sido necesarios los siguientes objetivos parciales:
Dar a conocer argumentos significativos que justifiquen el desarrollo de prótesis
inteligentes en México, también se quiere dar a conocer los principales retos de
programación y físicos que se presentan al realizar una prótesis inteligente.
Investigar el diseño mecánico de una prótesis robótica en un software de diseño asistido
por computador CAD (Solid Edge), teniendo en cuenta las medidas antropométricas
promedio de un brazo humano, la funcionalidad, los costos, mantenimiento, modularidad
y flexibilidad.
ÍNDICE DE FUNDAMENTOS (BOSQUEJO DE MARCO TEÓRICO)
Una prótesis es un elemento desarrollado con el fin de reemplazar una parte o un miembro del
cuerpo humano con el objeto de mejorar o suplir su función y al mismo tiempo completar su
imagen corporal [2].
Para lograr este objetivo la mecánica jugo un papel primordial en sus primeros diseños;
por esta razón se les dio el nombre de prótesis mecánicas o convencionales [1].
Más adelante con el avance tecnológico y más específicamente en el área de la robótica y
la electrónica, se lograron desarrollar prótesis mejoradas en sus sistemas de control y adaptación
hasta lograr una prótesis controlada con impulsos musculares, a la cual se le dio el nombre de
prótesis Mioeléctrica (mio =músculo, eléctrica =electrónica) [1].
Para lograr este control muscular existen diferentes tipos de sensores que son los
encargados de tomar las señales musculares del paciente y enviarlas a un sistema electrónico
encargado de realizar los movimientos, como por ejemplo de apertura y cierre de la mano, entre
estos sensores se encuentran los electrodos, sensores de cambio de volumen muscular, sensores
de tacto, sensores comparadores de frecuencia, etc. [2].
Existen en el mercado las prótesis de miembro de miembro superior e inferior, aunque no
son comunes las prótesis mioeléctricas de miembro inferior, debido al peso que deben soportar.
Por eso nos centraremos con ejemplos especialmente de la prótesis superior.
La eficacia de las prótesis mioeléctricas es mayor cuanto más alto es el nivel de
amputación debido a la menor fuerza en el usuario, y están plenamente indicadas en
amputaciones bilaterales. Es muy importante para la colocación que el paciente cuente con una
buena tonalidad muscular y fuerza, ya que el buen estado físico y fisiológico de su extremidad
favorece la portación de la prótesis así como su funcionamiento [3].
¿Cómo funcionan?
Las prótesis mioeléctricas están controladas por señales eléctricas transmitidas desde los
músculos subyacentes hasta la epidermis; donde el nivel de esfuerzo está determinado por el
número de fibras musculares. Estas señales se amplifican y se envían a microprocesadores que
operan los motores situados en las coyunturas y en las manos.[2]
Control mioeléctrico
Se basa en el concepto de que siempre que un músculo en el cuerpo se contrae, se
produce una pequeña señal eléctrica (EMG = Electro miografía) que es creada por la interacción
química en el cuerpo, esta señal es muy pequeña (5 a 200 micro voltio). [4]
El uso de sensores llamados electrodos que entran en contacto con la superficie de la piel
permite registrar la señal EMG. Una vez registrada, esta señal se amplifica y es procesada
después por un controlador que conmuta los motores encendiéndolos y apagándolos en la mano,
en la muñeca o el codo para producir movimiento y funcionalidad.
El control mioeléctrico proporciona el sentido del tacto perdido del miembro amputado,
utilizando un segmento de piel cercano a la musculatura reinervada, esta piel se denerva primero
y después se reinerva con nervios sensitivos del brazo amputado. Así cuando la piel es
estimulada el paciente amputado siente como si su mano fuera tocada proporcionando
sensibilidad. Se colocan sensores en los dedos de la mano que cuantifican presión, temperatura o
textura del objetos y unos dispositivos colocados en el encaje, conectados con los sensores
anteriores, proporcionan en la piel reinervada estímulos de presión , temperatura o tacto para
sentir como si estuviera tocando con su mano [3].
Materiales
Las prótesis están hechas de aluminio, nylon y fibra de carbono, dando un peso muy bajo
y alta resistencia.
Cuándo y cómo ajustar la prótesis
La edad y el desarrollo son los primeros aspectos que deben tenerse en cuenta a la hora de
decidir cuándo y cómo ajustar la prótesis. Es mejor ajustar una prótesis de extremidad inferior a
un niño cuándo éste comienza a ponerse de pie, lo que suele ocurrir entre los 9 y 12 meses de
edad [1].
Cuando se ajusta la prótesis se debería animar al niño a ponerse de pie, lo que también le
ayudará a aprender a caminar. Si la amputación se produce a una edad posterior, debería iniciarse
el proceso tan pronto como el niño o adolescente esté físicamente preparado. [4]
Aun cuando el adolescente ha perdido la rodilla, la primera prótesis no suele incluir dicha
articulación para que todo sea más fácil durante el proceso de aprendizaje. No obstante, se debe
incorporar una rodilla tan pronto como sea seguro y posible hacerlo.
Con niños que presentan amputaciones de extremidad superior la regla es ajustar la
prótesis cuando ya pueden sentarse. Esto facilitará un desarrollo normal al permitirles realizar
tareas con ambas manos, como gatear, sostener una botella o jugar con una pelota. Esta primera
prótesis suele ser pasiva y da buenos resultados teniendo en cuenta las cosas que un niño necesita
hacer. Entre los 18 meses y los dos años de edad, el niño suele estar preparado para utilizar un
dispositivo terminal que funciona gracias al movimiento corporal o mediante el control
mioeléctrico.
El método tradicional consiste en ajustar primero un dispositivo de control corporal y,
posteriormente, un dispositivo mioeléctrico a la edad de 3 ó 4 años, cuando el niño es capaz de
soportar un mayor peso y complejidad. Se debería incorporar un codo una vez se haya utilizado y
comprendido el funcionamiento del dispositivo terminal, lo que suele suceder a los 3 años de
edad. Independientemente del nivel de la amputación, cuando se alcanza algo de madurez
esquelética y el crecimiento no se produce a un ritmo rápido (entre los 13 y 15 años de edad), el
niño o adolescente debe ser tratado, desde un punto de vista protésico, como un adulto [4].
Programación usada en las Prótesis inteligentes
La programación que se emplea en la robótica tiene caracteres diferentes: explícito, en el
que el operador es el responsable de las acciones de control y de las instrucciones adecuadas que
las implementan, o estar basada en la modelación del mundo exterior, cuando se describe la tarea
y el entorno y el propio sistema toma las decisiones. [7]
La programación explícita es la más utilizada en las aplicaciones industriales y consta de
dos técnicas fundamentales:
Programación Gestual. Este tipo de programación, exige el empleo del manipulador en la
fase de enseñanza, o sea, trabaja en línea.
Programación Textual. En esta labor no participa la máquina (fuera de línea). Las
trayectorias del manipulador se calculan matemáticamente con gran precisión y se evita
el posicionamiento a ojo.
Lenguajes de Programación
A continuación se realiza una descripción de los lenguajes de programación más usados
en las prótesis inteligentes [7].
Gestual punto a punto
Los movimientos de punto a punto también se expresan en forma de lenguaje:
o ANORAD: Se trata de una transformación de un lenguaje de control numérico de
la casa ANORAD CORPORATION, utilizado para robot ANOMATIC. Utiliza,
como procesador, al microprocesador 68000 de Motorola de 16/32 bits [5].
o EMILY: Es un lenguaje creado por IBM para el control de uno de sus robots. Usa
el procesador IBM 370/145 SYSTEM 7 y está escrito en Ensamblador.
o RCL: Aplicado al robot PACS y desarrollado por RPI, emplea, como CPU, un
PDP 11/03. Es del tipo intérprete y está escrito en Ensamblador [5].
o RPL: Dotado con un LSI-II como procesador central, y aplicado a los robots
PUMA, ha sido diseñado por SRI INTERNATIONAL [5].
o SIGLA: Es un lenguaje creado por IBM para el control de uno de sus robots. Usa
el procesador IBM 370/145 SYSTEM 7 y está escrito en Ensamblador.
o VAL: Fue diseñado por UNIMATION INC para sus robots UNIMATE y PUMA
Emplea, como CPU, un LSI-II, que se comunica con procesadores individuales
que regulan el servo control de cada articulación. Las instrucciones, en idioma
inglés, son sencillas e intuitivas [5]
o MAL: Se ha creado en el Politécnico de Milán para el robot SIGMA, con un
Mini-multiprocesador. Es un lenguaje del tipo intérprete, escrito en FORTRAN.
(Moya) [5].
Estructurados de programación explicita
Teniendo en cuenta las importantísimas características que presenta este tipo de
programación, merecen destacarse los siguientes lenguajes:
o AL: Fue diseñado por el laboratorio de Inteligencia Artificial de la Universidad de
Stanford, con estructuras de bloques y de control similares al ALGOL, lenguaje
en el que se escribió. Está dedicado al manipulador de Stanford, utilizando como
procesadores centrales, a un PDP 11/45 y un PDP KL-10 [6].
o HELP: Creado por GENERAL ELECTRIC para su robot ALLEGRO y escrito en
PASCAL/FORTRAN [6].
o MAPLE: Escrito, como intérprete, en lenguaje PL-1, por IBM para el robot de la
misma empresa, tiene capacidad para soportar informaciones de sensores
externos. Utiliza, como CPU a un IBM 370/145 SYSTEM 7 [6].
o PAL: Desarrollado por la Universidad de Purdure para el manipulador de
Stanford, es un intérprete escrito en FORTRAN y Ensamblador, capaz de aceptar
sensores de fuerza y de visión [6].
o MCL: Lo creó la compañía MC DONALL DOUGLAS, como ampliación de su
lenguaje de control numérico APT. Es un lenguaje compilable que se puede
considerar apto para la programación de robots "off-line" [6].
o MAL EXTENDIDO: Procede del Politécnico de Milán, al igual que el MAL, al
que incorpora elementos de programación estructurada que lo potencian
notablemente. Se aplica, también, al robot SIGMA. (Moya) [6].
Especificativa a nivel de objeto
En este grupo se encuentran tres lenguajes interesantes:
o RAPT: Su filosofía se basa en definir una serie de planos, cilindros y esferas, que
dan lugar a otros cuerpos derivados. Para modelar a un cuerpo, se confecciona una
biblioteca con sus rasgos más representativos [5]
o AUTOPASS: Creado por IBM para el ensamblaje de piezas; utiliza instrucciones,
muy comunes, en el idioma inglés. Precisa de un ordenador de varios Megabytes
de capacidad de memoria y, además de indicar, como el RAPT, puntos
específicos, prevé, también, colisiones y genera acciones a partir de las
situaciones reales [6].
o LAMA: Procede del laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT, para el robot
SILVER, orientándose hacia el ajuste de conjuntos mecánicos. Aporta más
inteligencia que el AUTOPASS y permite una buena adaptación al entorno.
(Moya) [6].
En función de los objetivos
Los lenguajes más conocidos de este grupo son:
o STRIPS: Fue diseñado, en la Universidad de Stanford, para el robot móvil
SHAKEY. Se basa en un modelo del universo ligado a un conjunto de
planteamientos aritmético-lógicos que se encargan de obtener las subrutinas que
conforman el programa final. Es intérprete y compilable, utilizando, como
procesadores, a un PDP-10 y un PDP-15 [5].
o HILAIRE: Procedente del laboratorio de Automática Y Análisis de Sistemas
(LAAS) de Toulouse, está escrito en lenguaje LISP. Es uno de los lenguajes
naturales más interesantes, por sus posibilidades de ampliación e investigación
[5].
APROXIMACIÓN DEL MÉTODO (BOSQUEJO DEL MÉTODO)
El tipo de investigación es básica además de que la metodología que se usa en esta
investigación es Hipotético-Deductivo. A través de la parte teórica se plantean hipótesis de las
mejoras que se tendrían si en México se tuviera la oportunidad de acceder a las prótesis
inteligentes fácilmente [6].
A partir de lo razonado o deductivo, las conjeturas, se relaciona posteriormente con la
realidad. Este tipo de metodología incluye también la parte de la inducción y esta describe que en
la investigación se encuentran aspectos muy importantes tales como la cantidad de elementos del
objeto de estudio. X|La metodología aquí usada se manejara de una forma ordenada y lógica
basándonos en la observación, después la planeación de hipótesis, la experimentación y por
último deducción acerca de lo ya obtenido [6].
CRONOGRAMA
TEMA Descripción Fecha
Inicio
Fecha
Fin
Total
días
Propuesta Determinar y acotar el
tema
23-sep-13 30-sep-13 8
Planteamiento
de problema
Determinar y especificar
claramente el
planteamiento del
problema
01-oct-13 08-oct-13 8
Objetivos Establecer objetivos
generales y específicos
06-oct-13 13-oct-13 8
Hipótesis Elaboración de Hipótesis
de la investigación
12-oct-13 22-oct-13 11
Justificación Elaboración de
justificación de la
investigación
17-oct-13 28-oct-13 12
Crear el marco teórico en
Historia
base a un pequeño
subtema que es "Robótica
asistente para el ser
humano"
29-oct-13 11-nov-
13
14
Método
Selección y explicación
de metodología de la
investigación (Bosquejo)
12-nov-
13
24-nov-
13
13
Presupuesto Cotizar los costos de la
investigación propuesta
25-nov-
13
31-nov-
13
7
Fuentes
Analizar toda la
información para hacer
conclusiones y mostrar
las referencias utilizadas
para el desarrollo de la
investigación
01-dic-13 05-dic-13 5
Total: 86
DIFUSIÓN
El presente proyecto se pretende dar a conocer a la sociedad en general, presentar en foros,
congresos y reuniones de directorios en el Instituto Tecnológico de Morelia para plantear la
propuesta y defenderla para que se ponga en marcha y a su vez se le de seguimiento.
PRESUPUESTO
Material Descripción Cantidad Costo
PC
Computadora con software
para la edición y redacción
del documento final.
2 $8000 c/u
Internet
Red que permite acceder a la
información de manera rápida
y sencilla.
5 mbs $499
Libros y
Revistas
Libros y revistas relacionados
con el tema 3 $100
CONSULTAS INICIALES
[1] Robótica Humano Asistencial. (s.f). Prótesis Mioeléctricas. Recuperado de
http://robotha.com/mioelectrica.htm
[2] Tobar, B. (2010) Clases de Prótesis, Recuperado de
http://protesis-38.blogspot.mx/p/clases-de-protesis.html.
[4] Moya, O. (s.f.). Lenguajes de programacion para la robotica y protesis. Recuperado de:
http://.rincondelvago.com/robotica_lenguajes-de-programacion-para-la-robotica-y-
protesis.
[5] Lorena. (2012). Protesis Inteligentes. Recuperado de
http://es.slideshare.net/lorena2_2005/prtesis-inteligentes13587002.
[6] Tena, L. (s.f.). El metodo hipotetico deductivo: teoria del conocimiento Recuperado el 10
de Abril de 2013, de: http://www.lasangredelleonverde.com/index.php?option=com_
content&view=article&id=436:el-metodo-hipotetico-deductivo&catid=43:teoria-del
conocimiento&Itemid=76.
.[7] Tennat, M. (28 de Septiembre del 2012). Inteligencia artificial y fisiologia humana.
Recuperado el 10 de Abril de 2013, de:
htto://Inteligencia_artificial_y_fisiologia_humana.
REVISTAS/JOURNALS.
- TORREALBA R. R., Cappelletto J., Fermín L., Fernández-López G. & Grieco J. C.
(2010): Prótesis: aplicación para adaptarlas. De: la internacional revista de sistemas y
cibernéticos.
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