Sistema de control de fuerza e interfaz háptica para un prototipo de prótesis electromiográfica de mano

Abstract

En este proyecto se logró desarrollar un sistema de control de fuerza en hardware embebido para un prototipo de prótesis de mano tipo pinza de 1 grado de libertad, en el cual, a partir de una señal de electromiografía se habilita el movimiento de un servomotor permitiendo así la acción de abrir y cerrar la prótesis. Posteriormente, mediante un control PI (Proporcional e Integral) incremental se logra mantener la fuerza en la prótesis, para ello se selecciona el valor de referencia a partir del promedio de la fuerza ejercida durante el posicionamiento por electromiografía. Un pequeño vibrador localizado en el brazo del usuario actúa como interfaz háptica, lo cual permite que la persona relacione la fuerza ejercida por la prótesis sobre un objeto con la frecuencia de las vibraciones en su brazo. Para el desarrollo del proyecto se integraron conocimientos en las áreas de biomédica, sistemas embebidos y control, de forma que se lograra obtener exitosamente un prototipo de prótesis mioeléctrica, pequeña, ligera y portátil a partir del diseño y construcción de un circuito de acondicionamiento de señales de electromiografía, señales de fuerza, y la implementación de algoritmos de control de fuerza en un sistema embebido en una FPGA (Field Programmable Gate Array).

This project succeeded in developing a force control system in embedded hardware for a prototype of prosthetic hand of 1 degree of freedom, which from an electromyography signal enables the move of a servomotor enabling to open and close the prosthesis. Subsequently through an incremental PI (Proportional Integral) control the user can keep the force previously established in the prosthesis, to do this it will be selected a set point from the average of the force during electromyography. A small vibrator located in the user's arm acts as a haptic interface, which allows the user relating the force exerted by the prosthesis on an object with the frequency of vibration in his arm. For the development of the project it was integrated knowledge in the areas of biomedical, embedded systems and control, so in this way can achieve a successful myoelectric prosthesis prototype, small, lightweight and portable from the design and construction of a electromyography and strength conditioning circuit, and the implementation of force control algorithms in an embedded system on FPGA (Field Programmable Gate Array).