Diseño y validación funcional del sistema mecánico de un pie protésico adaptable a la irregularidad del suelo en el plano sagital

Abstract

La tesis presenta el diseño de un pie protésico adaptable a la irregularidad del suelo en el plano sagital que permite la adaptación a las superficies irregulares del tipo desnivel, pendiente y geometrías irregulares del suelo, el cual busca reducir la brecha física que presentan las personas con amputación transtibial en su desplazamiento sobre el entorno peruano. Por consiguiente, el diseño cuenta con un sistema mecánico y un sistema electrónico y de control que permiten lograr tal cometido. La prótesis, como parte de su desarrollo, contempló una revisión acerca de la biomecánica del pie, sus arcos, rango de movimiento, antropometría y el estado del arte en el ámbito de las prótesis adaptables a la irregularidad del suelo. Después, siguiendo la metodología VDI 2221, se eligió el concepto de solución óptimo que satisfizo en mejor medida los requerimientos. Luego, se diseñó el sistema mecánico de la prótesis considerando las medidas promedio del peruano (longitud=24,1cm y ancho=9.3cm) y un peso máximo de 81 kg. Se realizaron los cálculos para el arco del pie, elástico y elemento análogo al antepié, para definir materiales y dimensiones óptimos. Posteriormente, se realizó el modelado en 3D, el cual sirvió para la validación mediante simulaciones estáticas y de fatiga. Además, se fabricó un pretotipo que fue sometido a pruebas de carga siguiendo la norma ISO 22675. De igual forma, se abarca el sistema electrónico y de control, donde se planteó la lógica y arquitectura de funcionamiento y de control de la prótesis, esto abarcó desde la selección de componentes y diseño de circuitos, hasta el desarrollo de la tarjeta PCB y su carcasa protectora. Asimismo, se realizó la estimación de costos y los planos de despiece y ensamblaje. El diseño consiste en un pie protésico que emplea un elemento elástico que simula la fascia plantar y permite compensar las geometrías irregulares presentes en el suelo. Además, incorpora una articulación de tobillo cuyo movimiento es generado por un actuador lineal, el cual sigue una lógica de funcionamiento y control que se ajusta en función de la retroalimentación proporcionada por sensores de distancia y presión. Finalmente, el costo estimado de fabricación y ensamblaje del diseño propuesto asciende a S/. 3,880 aproximadamente, una cifra menor al límite establecido.