Tesis profesional presentada por Luis Miguel de Leonardo Girard

Licenciatura en Ingeniería Mecatrónica. Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica. Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Presidente: Dr. Pedro Bañuelos Sánchez
Secretario y Director: Dr. Rubén Alejos Palomares
Vocal: M.C. Juan Antonio Navarro Martínez
Vocal: Dr. Tadeusz Majewski Szymiec
Vocal: M.C. Eduardo Javier Jiménez López

Cholula, Puebla, México a 23 de mayo de 2008.

Resumen

El objetivo de este trabajo es el de desarrollar el diseño y la construcción de un prototipo de prótesis de rodilla que sea capaz de emular el movimiento de una rodilla humana. Para esto fue necesario realizar una ardua investigación sobre la materia protésica para tener una idea de cómo es el funcionamiento de una prótesis; de la misma manera, fue conveniente investigar sobre las diferentes amputaciones existentes para saber qué personas son las que podrían llegar a usar la prótesis diseñada.

Fue necesario conocer la biomecánica de la rodilla, ya que ésta nos dice qué grados de flexión y extensión puede desarrollar la rodilla; al mismo tiempo, fue imperativo conocer a fondo el ciclo de marcha para saber en qué momento se producen los movimientos de la articulación. De esta manera se pudo obtener un diseño capaz de emular el movimiento natural de la rodilla humana.

Esta tesis es parte de un trabajo más amplio, en el cual se pretende desarrollar una prótesis de pierna completa, por lo que se describen los diferentes componentes que conforman una prótesis transfemoral (amputación por encima de la rodilla). Esto nos permite saber con qué otros componentes se acoplará la rodilla protésica diseñada.

Una vez que se conocieron los componentes y se tuvieron las bases de la biomecánica y del ciclo de marcha, fue necesario saber qué materiales eran los indicados para construir una prótesis.

Ya que se contó con el conocimiento necesario, se propusieron diferentes diseños hasta llegar a un diseño óptimo y funcional que brindara el soporte necesario para una persona con un peso máximo de 100 kilogramos.

En el presente trabajo se detallan todos los elementos que conforman la prótesis de rodilla y se proponen los materiales con los que deben construirse.

Al final se obtuvo un prototipo Alfa de la prótesis. Éste se construyó de aluminio ya que si se hubieran utilizado los materiales idóneos, el precio del prototipo habría sido muy elevado y su manufactura se habría dificultado considerablemente.

En esta tesis se dan a conocer todas las alternativas para generar el movimiento de flexión y extensión de la rodilla. De ellas, la mejor es la utilización de un cilindro neumático de doble efecto.

Por último, se realizaron pruebas en software del diseño propuesto que corroboran su funcionabilidad y su capacidad de soportar el peso deseado.

Índice de contenido

Portada (archivo pdf, 75 kb)

Agradecimientos (archivo pdf, 7 kb)

Índices (archivo pdf, 64 kb)

Capítulo 1. Introducción (archivo pdf, 166 kb)

  • 1.1 Historia
  • 1.2 Amputación
  • 1.3 Tipos de prótesis
  • 1.4 Prótesis transfemorales y rodillas protésicas

Capítulo 2. Biomecánica de la rodilla (archivo pdf, 520 kb)

  • 2.1 Anatomía de la rodilla
  • 2.2 Biomecánica de la rodilla

Capítulo 3. Marcha (archivo pdf, 406 kb)

  • 3.1 Marcha normal
  • 3.2 Marcha del amputado

Capítulo 4. Materiales (archivo pdf, 49 kb)

  • 4.1 Encaje
  • 4.2 Rodilla
  • 4.3 Tobillo y pie
  • 4.4 Acabado cosmético

Capítulo 5. Diseño de la prótesis de rodilla (archivo pdf, 1 mb)

  • 5.1 Requerimientos mínimos de la prótesis
  • 5.2 Alternativas de diseño
  • 5.3 Alternativas de actuadores
  • 5.4 Diseño
  • 5.5 Cilindro neumático
  • 5.6 Ensamble final de la prótesis

Capítulo 6. Resultados (archivo pdf, 640 kb)

  • 6.1 Construcción de prototipo
  • 6.2 Pruebas
  • 6.3 Peso final

Capítulo 7. Conclusiones (archivo pdf, 13 kb)

  • 7.1 Trabajo a futuro

Referencias (archivo pdf, 15 kb)

Apéndice A. Planos (archivo pdf, 139 kb)

Apéndice B. Sistema Neumático (archivo pdf, 85 kb)

de Leonardo Girard, L. M. 2008. Diseño y construcción de prototipo de prótesis de rodilla. Tesis Licenciatura. Ingeniería Mecatrónica. Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2008.