Síntesis De Una Prótesis De Rodilla Para Garantizar La Estabilidad De Una Persona Al Caminar Usando La Curva De Centros Instantáneos De Rotación
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Date
2017-08-07
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
En el presente trabajo titulado ‘Síntesis de una prótesis de rodilla para garantizar la
estabilidad de una persona al caminar usando la curva de centros instantáneos de
Rotación’, se desarrolló utilizando el método de algoritmos genéticos, para el diseño del
mecanismo de cuatro barras.
Primero se encontró las posiciones ideales del punto central del mecanismo acoplador en
una prótesis de cuatro barras de mecanismo de rodilla, así como los centros instantáneos
de rotación ideales; para lo cual se tomó como referencia el trabajo de tesis de Belkys T.
Amador & Torrealba Rafael, en base a la información obtenida de dicho trabajo se pudo
graficar el mecanismo de prótesis de rodilla en el software libre Geogebra, y
posteriormente fue simulado para obtener 5 posiciones en total durante la flexión de
rodilla para el despegue del pie durante marcha bípeda de una persona de 1.70 m de altura.
El mecanismo de cuatro barras de prótesis de rodilla tuvo en cuenta el movimiento, los
desplazamientos y después los rangos mínimos y máximos en los que se desplaza cada
eslabón para generar movimiento, el desarrollo de este Algoritmo Genético se logró
gracias a un programa codificado en software MatLab para ello se generó una población
de 10000 individuos aleatoriamente bajo el sistema binario después se decodificó en base
al rango de cada variable de los eslabones ángulo de entrada. A cada individuo creado se
evaluó a través de la función objetivo y para esto se debió encontrar las ecuaciones de
Freudenstein. Para evaluar la mayor cantidad de individuos se usaron funciones
específicas del Algoritmo Genético tales como: selección cruce y mutación. Este proceso
se realizó repetidamente para cada generación.
Al final el método de Optimización de síntesis por Algoritmos Genéticos de mecanismos
articulados de cuatro barras de una prótesis de rodilla nos permitió encontrar las
longitudes de los cuatro eslabones y la generación de 5 puntos prescritos para la curva
elíptica con un error mínimo de 0.007152309% y así poder mejorar el mecanismo
inicialmente propuesto, también se obtuvo como resultado las dimensiones de los
eslabones (r1= 63.4194 mm), (r2=34.4741 mm), (r3=59.8011 mm) y (r4=48.946 mm).
Estas dimensiones definirán 5 centros instantáneos de rotación de la proyección de los
eslabones anterior y posterior. Dichos centros deben caer dentro de la zona de estabilidad
y de esta manera se comprobó la estabilidad del mecanismo
Description
In the present work titled "Synthesis of a knee prosthesis to guarantee the stability of a
person when walking using the curve of instant centers of Rotation", Was developed using
the genetic algorithm method, for the design of the four-bar mechanism.
First, the ideal positions of the central point of the coupling mechanism were found in a
prosthesis of four knee mechanism bars, as well as the ideal instantaneous centers of
rotation; For which the thesis work of Belkys T. was taken as reference. Amador &
Torrealba Rafael, based on the information obtained from this work, it was possible to
graph the knee prosthesis mechanism in the free software Geogebra, and later it was
simulated to obtain 5 positions in total during the knee flexion for the foot takeoff during
Bipedal march of a person of 1.70 m of height.
The mechanism of four bars of knee prostheses took into account the movement, the
displacements and then the minimum and maximum ranges in which each link is moved
to generate movement, the development of this Genetic Algorithm was achieved thanks
to a program coded in MatLab software for it was generated a population of 10000
individuals randomly under the binary system after it was decoded based on the range of
each variable of the input angle links. Each individual created was evaluated through the
objective function and for this it was necessary to find the Freudenstein equations. To
evaluate the greater number of individuals, Genetic Algorithm-specific functions such as
cross-selection and mutation were used. This process was performed repeatedly for each
generation.
In the end the Optimization method of Genetic Algorithms synthesis of articulated
mechanisms of four bars of a knee prosthesis allowed us to find the lengths of the four
links and the generation of 5 points prescribed for the elliptical curve with a minimum
error of 0.007152309, and thus to be able to improve the initially proposed mechanism,
the dimensions of the links were also obtained as a result (r1= 63.4194 mm), (r2=34.4741
mm), (r3=59.8011 mm) y (r4=48.946 mm). These dimensions will define 5 instantaneous
centers of rotation of the projection of the anterior and posterior links. These centers must
fall within the stability zone and this way the stability of the mechanism was verified
Keywords
Prótesis, Estabilidad