tecnolÓgico de estudios superiores de...

Tecnológico de Estudios Superiores de

Coacalco

Reeducador Muscular para la Rehabilitación de Rodilla 1

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE COACALCO

Reeducador Muscular para la

Rehabilitación de Rodilla

Posgrado: Especialización en Automatización Industrial

Integrantes del Proyecto:

Dulce María Martínez Espinoza Diana Gómez Michel Efrén Villegas Acosta

Director del Proyecto: Dr. Alejandro Luna Avilés

Responsable Académico: M. en C. Ángel Díaz Pineda


Coacalco


Índice:

Justificación ......................................................................................................................... 2

Planteamiento del problema ................................................................................................. 5

Plan de manufactura ............................................................................................................ 6

Selección y especificación electrica ..................................................................................... 7

Diagrama eléctrico ............................................................................................................. 13

Tabla de contenidos ........................................................................................................... 17

Selección y especificación ................................................................................................. 18

Diagrama de Control .......................................................................................................... 21

Lógica de control ................................................................................................................ 22

Interfaz del Usuario. ........................................................................................................... 24

Cotización eléctrico/control ................................................................................................ 26

Cronograma de avances .................................................................................................... 27

Conclusiones ..................................................................................................................... 28

Anexos ............................................................................................................................... 29


Coacalco


Justificación El sistema musculo esquelético es el encargado de darle soporte al ser humano, proteger los órganos internos y proveer de una diversa gama de movimientos que nos permiten efectuar una gran cantidad de tareas. Una de las partes de este sistema es la rodilla, que es la articulación intermedia del miembro inferior. Principalmente es una articulación con un solo grado de libertad (flexoextención) que le permite aproximar o alejar, en mayor o menor medida, el extremo del miembro a su raíz, es decir, regula la distancia del cuerpo respecto al suelo. Trabaja esencialmente, en composición bajo la acción de la gravedad. De manera accesoria, la articulación de la rodilla posee un segundo grado de libertad: la rotación sobre el eje longitudinal y que solo aparece cuando la rodilla esta flexionada. Desde el punto de vista mecánico, la articulación de la rodilla es sorprendente ya que debe conciliar dos imperativos contradictorios:

Poseer una gran estabilidad de extensión máxima, posición en la que la rodilla hace esfuerzos importantes debido al peso del cuerpo y a la longitud de los brazos de palanca y,

Adquirir una gran movilidad a partir de cierto ángulo de flexión, movilidad necesaria en la carrera y para la orientación optima del pie en relación a las irregularidades del terreno

La rodilla resuelve esas contradicciones gracias a dispositivos mecánicos extremadamente ingeniosos; sin embargo, el poco acoplamiento de las superficies, condición necesaria para una buena movilidad, la expone a esguinces y luxaciones. *En flexión (posición de inestabilidad) la rodilla está expuesta al máximo a lesiones de ligamentos y meniscos. Existen dos lesiones que son de alto grado de severidad (luxación y esguince de 3° grado), en muchos casos estas llevan a la persona lesionada a intervenciones quirúrgicas o prolongados tiempos de recuperación dependiendo del grado de la lesión. La subluxación y luxación son lesiones traumáticas que son infrecuentes pero graves, que son acompañadas a menudo de lesiones vasculares y nerviosas que requieren de un diagnostico y tratamiento optimo y preciso, se producen por accidentes automovilísticos, accidentes deportivos, golpes o caídas fuertes, etc. La gravedad de tales lesiones se acentúa por el hecho de que a pesar de las modernas técnicas de reconstrucción vascular, el 13% de las luxaciones de rodilla acaban en amputación debido a la afectación de los vasos. El esguince es la rasgadura, torsión, distención o estiramiento excesivo de algún ligamento. Se produce debido a un movimiento brusco, caída, golpe ó una fuerte torsión de la misma, que hace superar la amplitud normal.


Coacalco


El tiempo de recuperación varía en función de la gravedad y la cronicidad de la lesión. Se distingue entre esguinces: leves, cuando los ligamentos están simplemente distendidos, y graves cuando los ligamentos están rotos. Grado de los esguinces:

1. Distancia parcial del ligamento 2. Rotura parcial o total del ligamento 3. Rotura total del ligamento con arrancamiento óseo

La rotura de varios ligamentos puede causar una luxación si se pierde completamente la congruencia articular. A consecuencia de este tipo de lesiones de carácter más severo se producen lesiones secundarias como la capsulitis y la tendonitis. La capsulitis se le denomina a la inflamación de la capsula de tendón que casi nunca conduce a la supuración y que se caracteriza por dar periorbitario, diplopía, quemosis y termina por resolución. La tendonitis es la inflamación de un tendón (punto de anclaje de un musculo y un hueso). Esta se da a menudo por el sobre uso de movimientos repetitivos sin una debida postura. Con frecuencia se debe por la disminución de la vascularización de los tendones. De acuerdo a nuestro cliente interno que en este caso es el terapeuta, ortopedista, o especialista, se desarrollara un dispositivo que auxilie a recuperar la capacidad residual muscular del paciente que sufra de alguna de las lesiones de rodilla descritas. De acuerdo a nuestro cliente externo que es el paciente, podrá llevar a cabo una terapia con un dispositivo que se ajusta a su medida, es ligero, genera calor y frio, es de color agradable y además registra su avance. Los beneficios que conlleva este proyecto es lograr un dispositivo funcional que cubra las necesidades de los clientes externos (Paciente) e internos (Terapeuta, Ortopedista o Especialistas) ya existentes más el extra que implica un diseño ajustable a diferentes medidas y la automatización y control de sus funciones, facilitando su operación. EL proyecto consiste en llevar a cabo el diseño y la manufactura de un dispositivo que ayude a la rehabilitación muscular de la rodilla cubriendo los siguientes padecimientos: Tendonitis, Capsulitis, Luxación y subluxación; y esguince de primer a tercer grado. Esto parte desde la conceptualización de las necesidades del cliente hasta la primera fase que es la manufactura del modelo mecánico, la segunda fase consiste en llevar a cabo la instrumentación y control del mismo para lograr la atomización del dispositivo.


Coacalco


Las maquinas de movimiento pasivo para la rehabilitación de los miembros tanto inferiores y superiores del cuerpo humano son maquinas diseñadas para auxiliar al médico, terapeuta, o especialista a facilitar y llevar a cabo una mejor rehabilitación del paciente y lograr una recuperación optima del mismo ,el diseño de estas maquinas es muy especial ya que tienen que atender características muy definidas, como el tipo de miembro ,la rehabilitación que requiere, el nivel de avance que hay en la rehabilitación, la antropometría del paciente o de la población que lo utiliza, todas estas variables deben ser satisfechas por estas máquinas para poder desempeñar un trabajo adecuado y eficiente. La mayoría de este tipo de máquinas están diseñadas en países de alto desarrollo tecnológico, por lo que este tipo llega hasta áreas como la de rehabilitación, a pesar de todo existen pocas empresas dedicadas a este tipo de máquinas, y las características entre estas mismas son muy similares. Las máquinas de movimiento dinámico pasivo para la rehabilitación son muy escasas y en el mercado existen diferentes tipos de modelos algunos para uso pediátrico y para adulto, con diferentes tamaños, aunque todas atienden el mismo principio y patrones como velocidad y tipo de movimiento continúan siendo escasas y de elevado costo, lo que las hace adquirible únicamente para hospitales y centros de rehabilitación especializados.


Coacalco


Planteamiento del problema El sistema musculo esquelético (SME) es el responsable de los movimientos que el ser humano es capaz de desarrollar. Sin el correcto funcionamiento de este, algunas de las actividades que consideramos simples serían complicadas o imposibles de hacer. El SME posee cuatro funciones principales; las primeras dos son fisiológicas (crear sangre y almacenar minerales) y las otras son mecánicas (protección de órganos, soporte y movimiento). Está constituido por huesos, articulaciones y tejidos blandos. En el presente desarrollo se va a implementar un análisis de ingeniería al SME, considerando las descripciones antropométricas de pacientes geriátricos, que se apoya en la metodología de diseño QFD para interpretar los requerimientos y necesidades de pacientes, terapeutas y ortopedistas que estén involucrados con los traumas de rodilla conocido como esguince, capsulitis, tendonitis, luxación y subluxación. Como producto de la aplicación del procedimiento se obtuvieron más de 25 necesidades. Después de un análisis detallado estas, quedan resumidas en los siguientes parámetros para el desarrollo del diseño: A) ajuste rápido, B) dispositivo ligero, C) desarrollo de movimientos dinámicos pasivos, D) sistema de calentamiento y enfriamiento, E) movimientos completos de flexión e hiperextensión, F) registro de los avances del paciente, G) esterilizable y H) ajustable a diferentes medidas. Traduciendo estos criterios se va a obtener un diseño que permitirá manufacturar un prototipo funcional que ayude a recuperar la capacidad residual muscular de la rodilla. Así mismo, reeducarla para que desarrolle su actividad y de esta manera, mejore la calidad de vida del paciente. En el documento se muestra la solución de ingeniería para a cada una de las problemáticas propuestas.


Coacalco


Plan de manufactura


Coacalco


Eléctrica y Control Selección y especificación eléctrica Para controlar la parte mecánica de cualquier sistema, modelo o prototipo es necesario contar con elementos eléctricos y electrónicos. En el caso de este proyecto los elementos considerados para el modelo que controla el

movimiento y funcionamiento del dispositivo fueron seleccionados dadas sus características

de funcionamiento, interfaz, costo y que a su vez en conjunto se adaptaran a la

metodología QFD de diseño sobre la que se ha trabajado, a continuación se hace una

breve descripción del funcionamiento y cualidades de estos elementos.

Puente en H

Es conocido que el sentido de giro de un motor de corriente continua depende de la

polaridad que se aplica a sus terminales, en consecuencia para cambiar el sentido es

necesario intercambiar los polos del motor o bien cambiar la polaridad de la alimentación.

La forma más sencilla de controlar un motor de corriente continua de baja potencia, en

velocidad y sentido de giro, es mediante la conmutación electrónica de unos circuitos

realizados básicamente con componentes electrónicos que reciben el nombre de Puente en

H. Este circuito está formado por cuatro transistores que trabajan en conmutación y se

comportan como interruptores controlados por la señal que les llega a las entradas 11 y 12

como se muestra en la Figura 1.

El único problema que presenta usar este tipo de configuración es la caída de tensión real

que hay en los transistores y que habrá que compensarla con la tensión de alimentación.

Para evitar estos problemas se puede utilizar un circuito integrado como el LM293B o el

LM293D.

El integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en

especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente

hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V.

Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un único sentido de giro. Pero además, cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de un puente H.

El integrado permite formar, entonces, dos puentes H completos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. En este caso el manejo será bidireccional, con frenado rápido y con posibilidad de implementar fácilmente el control de velocidad.


Coacalco


FIGURA 1 D IAGRAMA DE PINES

Las salidas tienen un diseño que permite el manejo directo de cargas inductivas tales como relés, solenoides, motores de corriente continua y por pasos, ya que incorpora internamente los diodos de protección de contracorriente para cargas inductivas.

Las entradas son compatibles con niveles de lógica TTL. Para lograr esto, incluso cuando se manejen motores de voltajes no compatibles con los niveles TTL, el chip tiene patas de alimentación separadas para la lógica (VCC2, que debe ser de 5V) y para la alimentación de la carga (VCC1, que puede ser entre 4,5V y 36V).

Las salidas poseen un circuito de manejo en configuración "totem-pole" (término en inglés que se traduce como "poste de tótem", nombre que, gráficamente, nos remite a un "apilamiento" de transistores, como las figuras en los famosos totems indígenas).

En esta estructura, unos transistores en configuración Darlington conducen la pata de salida a tierra y otro par de transistores en conexión seudo Darlington aporta la corriente de alimentación desde VCC2. Las salidas tienen diodos incorporados en el interior del chip para proteger al circuito de manejo de potencia de las contracorrientes de una carga inductiva.

FIGURA 2 D IAGRAMA DE NIVELES D E LÓGICA TTL


Coacalco


Estos circuitos de salida se pueden habilitar en pares por medio de una señal TTL. Los circuitos de manejo de potencia 1 y 2 se habilitan con la señal 1,2 EN y los circuitos 3 y 4 con la señal 3,4 EN.

Las entradas de habilitación permiten controlar el circuito, lo que facilita la regulación de velocidad de los motores por medio de una modulación de ancho de pulso. En ese caso, las señales de habilitación en lugar de ser estáticas se controlarían por medio de pulsos de ancho variable.

Las salidas actúan cuando su correspondiente señal de habilitación está en alto. En estas condiciones, las salidas están activas y su nivel varía en relación con las entradas. Cuando la señal de habilitación del par de circuitos de manejo está en bajo, las salidas están desconectadas y en un estado de alta impedancia.

FIGURA 3 CONEXIÓN PARA UN MOTOR CON GIRO EN AMBOS SENTIDOS (LADO IZQUIERDO) Y CON MOTORES DON GIRO EN UN

SENTIDO EN 2 SALIDAS (LADO DERECHO)

El control de estos dos circuitos de entradas con salidas nos permite manejar 3 motores simultáneos como se muestra en la Figura 3.

El puente en H se puede conectar a través de algún dispositivo de bornes y este a su vez a su vez se conecte a alguna tarjeta de adquisición para lograr el control de algún motor atravez de la computadora, en este caso se conectara a la tarjeta de adquisición Sensoray 626 que se describe a continuación.

Tarjeta de Adquisición de Datos

La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del

mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un

ordenador u otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales

físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan


Coacalco


procesar en una computadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la

señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital.

El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de

Adquisición de Datos (DAQ, por sus siglas en ingles).

La tarjeta DAQ que se selecciono es la NI-USB6009, es adecuada a fines experimentales

ya que por su tamaño y tipo de interfaz es adecuada para la interpretación de datos en

nuestro prototipo.

FIGURA 4 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQ)

La tarjeta posee las siguientes características.

• 48 canales digitales I/O.

• 20 canales digitales I/O con detección de bordes y capacidad de interrupción

• 7 salidas digitales se pueden utilizar como salidas de desbordamiento del contador

• Digital I/O son conectores estándar de la industria pinouts.

• Watchdog timer son varios periodos de restablecer el bus PCI.

• Seis de 24 bits de arriba/abajo mostrando 3 pares:

• Las entradas que se pueden conducir en diversos modos (1x, 2x, 4x) de las entradas

de los codificadores incrementales, las entradas digitales, el contador de pares de

desbordamiento, el reloj del sistema o por software.

•Se puede generar una interrupción en caso de desbordamiento de venta libre o

codificador/índice de la entrada digital.

• Puede ser cargado/despejado en un desbordamiento.

• La salida del contador se pueden capturar en el desbordamiento de la primera.

• Puede ser utilizado como un generador de interrupción periódica programable.

• Contador de circuitos, puede ser una batería de respaldo para evitar que la perdida de

contar durante un apagón.

• Regula la carga la copia de seguridad de la batería Ni-Cad.

• 16 entradas analógicas diferenciales (14 bits de resolución).

• 4 salidas analógicas (13 bits de resolución) con entradas de sentido a distancia para

compensar la resistencia de salida externa.


Coacalco


La función de la tarjeta de adquisición es de vital importancia en el proyecto ya que esta

hace la función de interfaz entre el software de PC y el actuador principal que en este caso

el Servomotor con encoder, la tarjeta de adquisición es la parte central entre estos

elementos y nos facilita la manipulación de los datos y pulsos eléctricos con lo que en

conjunto hace que el dispositivo cumpla su cometido que es realizar un movimiento

dinámico pasivo controlado.

Otra de las características importantes de esta tarjeta es que su costo es mucho menor

comparado con el de otras tarjetas de NI, que además de ir en la parte interna de una PC

son de mucho mayor capacidad por lo tanto también de costo, de esta manera solo

utilizamos lo necesario de esta tarjeta obteniendo el mismo resultado a un costo más bajo,

y su programación es igual que el de una tarjeta de mayor capacidad.

Encoder

El encoder es un transductor rotativo que transforma un movimiento angular en una serie

de impulsos digitales.

Estos impulsos generados pueden ser utilizados para controlar los desplazamientos de tipo

angular o de tipo lineal, si se asocian a cremalleras o a husillos. Las señales eléctricas de

rotación pueden ser elaboradas mediante controles numéricos (CNC), controladores lógicos

(PLC), sistemas de control etc.

Las aplicaciones principales de estos transductores están en las maquinas herramientas o

de elaboración de materiales, en los robots, en los sistemas de motores, en los aparatos de

medición y control.

En los encoders de producción, la detección del movimiento angular se ejecuta en base al

principio exploración fotoeléctrica. El sistema de lectura se basa en la rotación de un disco

graduado con un reticulado radial formado por líneas opacas, alternadas con espacios

transparentes. Este conjunto está iluminado de modo perpendicular por una fuente de rayos

infrarrojos. El disco proyecta de este modo su imagen sobre la superficie de varios

receptores oportunamente enmascarados por otro reticulado que tiene el mismo paso del

anterior llamado colimador. Los receptores tienen la tarea de detectar las variaciones de luz

que se produce con el desplazamiento del disco convirtiéndolas en las correspondientes

variaciones eléctricas.

La señal eléctrica detectada, para generar impulsos correctamente escuadrados y sin

interferencias, debe ser procesada electrónicamente. Para incrementar la calidad y

estabilidad de los señales el sistema de lectura se efectúa generalmente de manera

diferencial comparando dos señales casi idénticas pero desfasados en 180° eléctricos. Su

lectura se efectúa en base a la diferencia de dos señales, eliminando de este modo las


Coacalco


interferencias definidas “de modo común” porque están superpuestas de igual manera en

toda forma de onda.

FIGURA 5 ENCODER

El principio de funcionamiento de un encoder absoluto es muy similar al de un encoder

incremental en el que un disco que gira, con zonas transparentes y opacas interrumpe

un haz de luz captado por fotoreceptores, luego estos transforman los impulsos

luminosos en impulsos eléctricos los cuales s son tratados y transmitidos por la

electrónica de salida.


Coacalco


Diagrama eléctrico El siguiente diagrama demuestra la forma en que se realizara la distribución de los

elementos de tracción, calentamiento y control de ambos.

En la figura 5 se muestra una vista general de la distribución de los diferentes elementos y

de las conexiones entre ellos, en la parte superior se muestra la entrada de corriente de

110V y las conexiones de control del motor con encoder (Yasakawa A5ADA21), en la parte

inferior observa el módulo de control compuesto por el dispositivo de termocontrol, tarjeta

DAQ (Sensoray 626) y el puente en H L296D, del lado inferior derecho se tiene la

computadora personal.

FIGURA 6 D IAGRAMA ELECTRICO GENERAL


Coacalco


En este diagrama (Figura 7) se observa la entrada de corriente a 110V, sucesivo a la entrada

(Parte Inferior) se observa un juego de clemas por las que se distribuye la corriente al módulo

de tracción y al módulo de control; en el módulo de tracción (Parte Superior) se muestra la

conexión del motor con encoder (Yaskawa ASDA21) así como los botones de arranque y paro

de emergencia.

FIGURA 7 DIAGRAMA ELECTRICO MOTOR/ENCODER


Coacalco


En la Figura 8 se muestra la continuación de la distribución de la corriente donde se

redistribuye dentro del módulo de control, dentro de este la corriente llega a dos fuentes de

alimentación respectivamente, la primera alimenta al elemento A (sistema de termocontrol)

con 24Volts, la segunda alimenta a los elementos B (Tarjeta DAQ) y C (Puente en H L293D)

con 5Volts respectivamente, se ilustra también la forma de conexión de control del puente en

H hacia el motor en sus terminales VSS, E1 y E2 (Superior derecha).

FIGURA 8 D IAGRAMA ELECTRICO MODULO DE CONTROL


Coacalco


En la Figura 9 se muestra como se hace la conexión física de control (Parte Superior) entre la tarjeta DAQ , el puente en H, el sistema de termocontrol y la PC.

FIGURA 9 D IAGRAMA ELECTRICA MODULO CONTROL Y PC


Coacalco


Tabla de contenidos En la Figura 10 se muestra la tabla de código de colores para los cables que se utilizar para conectar los módulos del dispositivo.

FIGURA 10 TABLA DE CONTENIDOS Y CODIGO DE COLORES


Coacalco


Control En la actualidad la mayor parte de los mecanismos funcionan vinculados a dispositivos de control, esto permite que sean más precisos y se optimicen los procesos. Para lograr estas características en el prototipo propuesto, se utilizaron distintas herramientas; entre otras MATLAB, PID, PWM. A continuación se detallan algunas de ellas.

MATLAB Es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente integrado orientado para llevar a cabo proyectos en donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos y la visualización gráfica de los mismos. MATLAB integra análisis numérico, cálculo matricial, proceso de señal y visualización gráfica en un entorno completo donde los problemas y sus soluciones son expresados del mismo modo en que se escribirían tradicionalmente, sin necesidad de hacer uso de la programación tradicional. El nombre de MATLAB proviene de la contracción de los términos MATrix LABoratory y fue inicialmente concebido para proporcionar fácil acceso a las librerías LINPACK y EISPACK, las cuales representan hoy en día dos de las librerías más importantes en computación y cálculo matricial. MATLAB es un sistema de trabajo interactivo cuyo elemento básico de trabajo son las matrices. El programa permite realizar de un modo rápido la resolución numérica de problemas en un tiempo muchísimo menor que si se quisiesen resolver estos mismos problemas con lenguajes de programación tradicionales como pueden ser los lenguajes Fortran, Basic o C. Se dispone del programa Simulink que es un entorno gráfico interactivo con el que se puede analizar, modelar y simular la dinámica de sistemas no lineales.

Para poder instalar el matlab en la PC es necesario que sea de 32 bits ya que sin este no se podrá correr los programas, a continuación se describe brevemente:

Computadora Ordenador de 32 bits o Computadora de 32 bits, un ordenador o computadora que maneja la información en grupos de 32 bits. Describir una computadora como máquina de 32 bits puede hacer referencia a la longitud o tamaño de la palabra (unidad de trabajo básica) de su microprocesador, o bien más comúnmente al número de bits transferidos a través del bus de datos de la computadora (la trayectoria de datos por la que viaja la información hacia y desde el microprocesador) en un determinado momento. Por consiguiente, un microprocesador de 32 bits tiene un tamaño de palabra de 32 bits, o 4 bytes; un bus de datos de 32 bits tiene 32 líneas de datos, por lo que transporta la información dentro del sistema en conjuntos de 32 bits cada vez. El Apple Macintosh II es una máquina de 32 bits, tanto en términos de la longitud de palabra de su microprocesador como del tamaño del bus de datos, al igual que el IBM PS/2 modelo 80 y similares basados en el microprocesador Intel 80386.


Coacalco


Para poder realizar el movimiento dinamico pasivo se utilizo PWM que se encuentra en

MATLAB.

PWM De ancho de pulso (PWM, en sus siglas en ingles) es una técnica en la que se utiliza una

serie de pulsos digitales para controlar un circuito analógico. La duración y frecuencia de

estos pulsos determina la potencia total entregada al circuito. Señales de PWM son los más

comúnmente utilizados para el control de motores de corriente continua, pero tienen

muchas otras aplicaciones que van desde el control de las válvulas o bombas para ajustar

el brillo de un LED. El tren de impulsos digital que constituye una señal PWM tiene una

frecuencia fija y varía el ancho de pulso alterar la potencia media de la señal. La relación

entre el ancho de pulso para el período que se conoce como el ciclo de trabajo de la señal.

FIGURA 11 SEÑALES PWM CON DIFERENTES CICLOS DE TRABAJO

Las señales PWM se pueden generar como una señal digital, el uso de contadores o de la

línea de salida digital (s), o como una señal analógica.

Se utilizo el PID para el sistema de enfriamiento y calentamiento.


Coacalco


Control PID

Estos controladores han mostrado ser robustos y extremadamente beneficiosos en el

control de muchas aplicaciones de importancia en la industria.

PID significa

• Proporcional

• Integral

• Derivativo

Históricamente, ya las primeras estructuras de control usaban las ideas del control PID. Sin

embargo, no fue hasta el trabajo de Minorsky de 1922, sobre conducción de barcos, que el

control PID cobró verdadera importancia teórica.

Hoy en día, a pesar de la abundancia de sofisticadas herramientas y métodos avanzados

de control, el controlador PID es aún el más ampliamente utilizado en la industria moderna,

controlando más del 95 % de los procesos industriales en lazo cerrado.


Coacalco


Diagrama de Control ESTRUCTURA MECANICA

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES

ENCODER

MOTOR

PC +5V

PUENTE H

DAQ

MATLAB

T

R

A

C

C

I

O

N

BOMBA

TERMISTOR

RESIST

ACONDICIONADOR

DE SEÑALES

C

A

L

E

N

T

A

M

I

E

N

T

O

BOTON DE ARRANQUE

BOMBA

BOTON DE ARRANQUE

RESIST.

BOTON DE PARO

TEMPERATURA

+127V

V


Coacalco


Lógica de control

FIGURA 12 DIAGRAMA MOVIMIENTO DINAMICO PASIVO

FIGURA 13 DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTO


Coacalco


1. Colocar el dispositivo en una superficie plana y cómoda para el paciente

2. Colocar la Pc y el sistema de control en un lugar seguro y cerca del dispositivo.

3. Conecte la unidad del sistema de calentamiento y enfriamiento al dispositivo

4. Conecte el puerto USB del sistema de control al puerto USB de la PC (sin ellos no

se podrá realizar ninguna operación).

5. Presione el botón de ON (color negro) ubicado en el dispositivo para iniciar la sesión

6. Inicie la PC y corra el programa de control Matlab (Figura 12 y 13).

7. Inicia el programa adecuado agregue los valores de amplitud, frecuencia y tiempo

deseados

8. Realice un test en vacío para comprobar el correcto funcionamiento del dispositivo.

9. Una vez concluido el test coloque la pierna y sujétela abrochando adecuadamente

los velcros del dispositivo.

10. Para terminar la sesión presione el botón OFF (no desabroche los velcros hasta que

el dispositivo este completamente sin movimiento)

11. Una vez retirada la pierna realice la limpieza del dispositivo.

12. Si desea continuar con una terapia con los mismos parámetros realice la misma

secuencia desde el paso 5 omitiendo el paso 6 y 7. 13. Si desea cambia el tipo de terapia realice los pasos desde el paso 7 14. Si desea dejar fuera de servicio el dispositivo presione botón OFF y proceda a

cerrar la sesión de la PC y desconecte sus terminales.


Coacalco


Interfaz del Usuario.

La interfaz es el vehículo en el cual el cliente interno (Medico, Especialista, Ortopedista,

Terapeuta, etc.) puede efectuar de forma sencilla una secuencia de operaciones con el

equipo, el objetivo de la interfaz es que sea amigable y sencillo de usar, evitando usar

parámetros de ingeniería avanzados y solo utilizar botones u órdenes básicas para su

operación correcta.

La interfaz se manejara a través de niveles donde cada nivel es un módulo de pantallas

que aparecerán según la secuencia de la tarea que se requiera.

Ejemplo.

El terapeuta necesita tratar un paciente con un esguince de primer grado, la secuencia que

deberá seguir es la siguiente, en la pantalla de nivel uno debe escoger el tipo de

padecimiento , es este caso escogerá la opción esguince, el siguiente paso lo lleva a la

pantalla de nivel 2 donde podrá generar o revisar un expediente del paciente ya existente,

una vez ya realizado el paso 2 tendrá que escoger el grado de lesión que tiene el paciente

(nivel 3), en este caso escogerá la opción 1er Grado, una vez seleccionado el nivel de

lesión el terapeuta deberá asignar el tiempo de ejecución que considere pertinente para el

paciente, una vez asignado el tiempo deberá ejecutar presionando el botón RUN (nivel 4) y

finalmente para terminar la secuencia se presiona el botón STOP (Figura 14 ).


Coacalco


FIGURA 14 INTERFAZ DEL USUARIO


Coacalco


Cotización eléctrico/control En la Figura 15 se encuentran los materiales eléctricos y de control así como su cotización.

FIGURA 15 COTIZACIÓN ELÉCTRICO/CONTROL


Coacalco


Cronograma de avances


Coacalco


Conclusiones A través de la investigación bibliográfica desarrollada, se comprendió el mecanismo de lesión y tratamiento de los padecimientos tendonitis, capsulitis, esguince de 1° a 3°, luxación y subluxación. A través de entrevistas con médicos, ortopedistas, especialistas del área y pacientes, se definieron las necesidades cualitativas que posteriormente se tradujeron a criterios de ingeniería. Estas se utilizan como guía de diseño. Se generaron diferentes tipos de bocetos para resolver las necesidades que se plantearon, de estos se eligió uno considerando criterios de funcionalidad, facilidad de manufactura, materiales involucrados, etc. Se estableció la definición geométrica del dispositivo basados en las características antropométricas en pacientes de tipo geriátrico, Se tomo de referencia las definiciones geométricas con las que se obtuvo los datos necesarios para elaborar los cálculos de esfuerzos y deformación. Se comprobó mediante el análisis numérico la veracidad de los resultados obtenidos a través de los cálculos analíticos. Finalmente se constituyo el diseño mecánico en un modelo de simulación numérica donde se aprecian los detalles del mecanismo de potencia y ensambles. Se conocieron diferentes formas para llevar a cabo el control del dispositivo (Pics, DAQ, FPGA), sus alcances y diferencias entre los mismos, por lo que se pudo escoger uno de estos modos de control por su eficiencia y apego del modelo para cumplir con la finalidad establecida por la metodología QFD de diseño basado en el cliente.

Se escogió la tarjeta DAQ ya que por medio de esta se podía tener un control más preciso sobre el motor y el encoder, se realizó un programa en el software Matlab con el cual se interconecto la tarjeta DAQ, el puente en H, el Motor y el encoder, de esta forma se elaboró un modelo de prueba que realizo el movimiento dinámico pasivo de forma satisfactoria.

Se expuso el proyecto a especialistas del ISEM, a través de este proceso se integró el punto de vista médico acerca del proyecto así como otras propuestas para diseñar modelos con la misma metodología pero enfocados a diversas extremidades del cuerpo humano y dirigido a otro nicho de personas como deportistas, niños, jóvenes y adultos.


Coacalco


Anexos

tecnolÓgico de estudios superiores de...

Documents