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PROYECTO FIN DE CARRERA 
 
Presentado a 
 
LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
 
 
 
Para obtener el título de 
 
INGENIERO ELECTRÓNICO 
 
 
por 
 
Lina Alejandra Castro Gómez 
 
 
 
 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRONICO DE UNA PROTESIS TRANSFEMORAL 
 
 
 
Sustentado el 17 de junio de 2015 
 
 
 Composición del jurado 
 
 
- Asesor: José Fernando Jimenéz Vargas, Profesor Asociado, Universidad de Los Andes 
 
- Jurados : Nicanor Quijano Silva 
- 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   2	
  
 
 
Contenido	
  
1	
   INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3	
  
2	
   OBJETIVOS ....................................................................................................................... 5	
  
2.1	
   Objetivo General ...................................................................................................... 5	
  
2.2	
   Objetivos Específicos .............................................................................................. 5	
  
2.3	
   Alcance y productos finales ..................................................................................... 5	
  
3	
   DESCRIPCIÓN	
  DE	
  LA	
  PROBLEMÁTICA	
  Y	
  JUSTIFICACIÓN	
  DEL	
  TRABAJO ........................... 6	
  
4	
   MARCO	
  TEÓRICO,	
  CONCEPTUAL	
  E	
  HISTÓRICO ............................................................... 6	
  
4.1	
   Marco Teórico ......................................................................................................... 6	
  
4.2	
   Marco Conceptual .................................................................................................... 6	
  
4.3	
   Marco Histórico ..................................................................................................... 10	
  
5	
   DEFINICION	
  Y	
  ESPECIFICACION	
  DEL	
  TRABAJO .............................................................. 10	
  
5.1	
   Definición .............................................................................................................. 10	
  
5.2	
   Especificaciones .................................................................................................... 10	
  
6	
   METODOLOGÍA	
  DEL	
  TRABAJO ....................................................................................... 10	
  
6.1	
   Plan de trabajo ....................................................................................................... 11	
  
6.2	
   Búsqueda de información ...................................................................................... 14	
  
6.3	
   Alternativas de desarrollo ...................................................................................... 14	
  
7	
   TRABAJO	
  REALIZADO .................................................................................................... 15	
  
7.1	
   Descripción del Resultado Final ............................................................................ 15	
  
7.2	
   Trabajo computacional .......................................................................................... 20	
  
8	
   VALIDACIÓN	
  DEL	
  TRABAJO ........................................................................................... 24	
  
8.1	
   Metodología de prueba .......................................................................................... 24	
  
8.2	
   Validación de los resultados del trabajo ................................................................ 25	
  
8.3	
   Evaluación del plan de trabajo ............................................................................... 29	
  
9	
   DISCUSIÓN .................................................................................................................... 29	
  
10	
   CONCLUSIONES ......................................................................................................... 29	
  
11	
   AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... 30	
  
12	
   REFERENCIAS ............................................................................................................. 31	
  
13	
   APENDICES ................................................................................................................. 31	
  
 
	
   	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   3	
  
 
 
 
 
ÍNDICE	
  DE	
  IMÁGENES	
  	
  
 
Imagen	
  1	
  Division	
  de	
  la	
  pierna	
  humana	
  [1] ......................................................................................... 7	
  
Imagen	
  2	
  Planos	
  del	
  cuerpo	
  humano	
  [2] ............................................................................................. 7	
  
Imagen	
  3	
  Ciclo	
  de	
  la	
  marcha	
  humana	
  [3] ............................................................................................ 7	
  
Imagen	
  4	
  Modelo	
  de	
  las	
  piernas	
  de	
  un	
  caminante	
  pasivo	
  [4] ............................................................. 9	
  
Imagen	
  5	
  Parámetros	
  del	
  modelo	
  y	
  coordinadas	
  de	
  los	
  puntos	
  de	
  masa	
  [4] ...................................... 9	
  
Imagen	
  6	
  Ángulos	
  para	
  cada	
  fase	
  del	
  caminante	
  pasivo	
  [4] ............................................................. 10	
  
Imagen	
  7	
  Diagrama	
  de	
  flujo	
  de	
  la	
  metodología	
  propuesta .............................................................. 11	
  
Imagen	
  8	
  Fuzzy	
  posiciones	
  Tibia	
  y	
  Fémur	
  pierna	
  sana ...................................................................... 13	
  
Imagen	
  9	
  Fuzzy	
  posiciones	
  prótesis	
  modelo	
  y	
  	
  prótesis	
  real .............................................................. 14	
  
Imagen	
  10	
  Fuzzy	
  posiciones	
  prótesis	
  modelo	
  y	
  	
  prótesis	
  real ............................................................ 15	
  
Imagen	
  11	
  Posición	
  de	
  la	
  Tibia	
  según	
  modelo	
  aleatorio ................................................................... 16	
  
Imagen	
  12	
  Posición	
  del	
  fémur	
  modelo	
  aleatorio ............................................................................... 16	
  
Imagen	
  13	
  Posición	
  de	
  la	
  prótesis	
  modelo	
  aleatorio ......................................................................... 17	
  
Imagen	
  14	
  	
  Rangos	
  de	
  las	
  membresías	
  para	
  la	
  salida	
  del	
  controlador ............................................. 18	
  
Imagen	
  15	
  Funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  para	
  el	
  controlador	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  posición	
  Inicio	
  Soporte 19	
  
Imagen	
  16	
  Funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  para	
  el	
  controlador	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  posición	
  Inicio	
  Soporte 20	
  
Imagen	
  17	
  Posición	
  de	
  la	
  Tibia	
  en	
  la	
  marcha	
  dada ........................................................................... 21	
  
Imagen	
  18	
  Posición	
  del	
  fémur	
  en	
  la	
  marcha	
  dada ............................................................................ 21	
  
Imagen	
  19	
  Posición	
  de	
  la	
  tibia	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  marcha	
  dada ..................................................... 22	
  
Imagen	
  20	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Tibia	
  pierna	
  sana ................................................................. 23	
  
Imagen	
  21	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Fémur	
  pierna	
  sana ............................................................... 23	
  
Imagen	
  22	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Tibia	
  prótesis ........................................................................ 24	
  
Imagen	
  23	
  	
  Asignación	
  de	
  membresíasPosición	
  real	
  prótesis .......................................................... 24	
  
Imagen	
  24	
  	
  	
  Comparación	
  de	
  la	
  tibia	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados ........... 25	
  
Imagen	
  25	
  	
  Comparación	
  del	
  fémur	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados ............ 25	
  
Imagen	
  26	
  Comparación	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados ....... 26	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   4	
  
 
 
Imagen	
  27	
  	
  Superficie	
  Controlador	
  Fuzzy	
  pierna	
  sana ...................................................................... 26	
  
Imagen	
  28	
  	
  Superficie	
  Controlador	
  Fuzzy	
  prótesis ............................................................................. 27	
  
Imagen	
  29	
  Salida	
  Scope	
  controlador	
  de	
  la	
  pierna	
  sana .................................................................... 27	
  
Imagen	
  30	
  Comparación	
  de	
  las	
  salidas	
  para	
  la	
  pierna	
  sana	
  datos	
  modelo	
  y	
  datos	
  aleatorios ........ 28	
  
Imagen	
  31	
  Salida	
  scope	
  prótesis ........................................................................................................ 28	
  
Imagen	
  32	
  Comparación	
  de	
  las	
  salidas	
  prótesis	
  datos	
  modelo	
  y	
  datos	
  aleatorios ........................... 29	
  
	
  ÍNDICE	
  DE	
  TABLAS	
  	
  
	
  Tabla 1 Parametros de simulación ................................................................................................... 12 
Tabla 2 Asignación de las reglas del controlador de la pierna sana ................................................ 19 
 
 
 
	
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   5	
  
 
 
1	
  	
  	
  	
  INTRODUCCIÓN	
  
El	
   desarrollo	
   tecnológico	
   que	
   se	
   ha	
   llevado	
   a	
   cabo	
   en	
   varias	
   áreas	
   de	
   la	
   ingeniería	
   se	
   ha	
  
incrementado	
   en	
   el	
   último	
   siglo,	
   trayendo	
   consigo	
   un	
   cambio	
   en	
   las	
   telecomunicaciones,	
   los	
  
procesos	
  químicos,	
  el	
  uso	
  de	
  energías	
  renovables	
  y	
   la	
  unión	
  entre	
  la	
  medicina	
  y	
   la	
   ingeniería.	
  En	
  
esta	
  última	
  unión,	
  se	
  encuentra	
  la	
  necesidad	
  de	
  dar	
  solución	
  a	
  enfermedades	
  causadas	
  tanto	
  por	
  
la	
   	
  naturaleza,	
  y	
  por	
  el	
  mismo	
  ser	
  humano,	
  con	
  base	
  en	
  la	
  tecnología;	
  soluciones	
  autosuficientes	
  
que	
  permitan	
  dar	
  el	
  siguiente	
  paso.	
  	
  
	
  
Por	
   ejemplo,	
   Colombia	
   es	
   un	
   país	
   que	
   desde	
   sus	
   inicios	
   generó	
   un	
   alto	
   porcentaje	
   de	
   conflicto	
  
interno	
   amado.	
   Es	
   decir,	
   que	
   en	
   este	
   país,	
   se	
   vive	
   en	
   un	
   constante	
   enfrentamiento	
  militar	
   que	
  
afecta	
   a	
   civiles,	
   militares	
   y	
   guerrilleros.	
   Este	
   conflicto	
   consiste	
   del	
   uso	
   de	
   diferentes	
   tipos	
   de	
  
armas,	
  como	
  lo	
  son	
  las	
  minas	
  antipersona,	
  dispositivos	
  que	
  causan	
  la	
  perdida	
  de	
  extremidades	
  a	
  
miles	
  de	
  personas	
  hoy	
  en	
  día.	
  Sin	
  embargo,	
  no	
  solo	
  estos	
  dispositivos	
  son	
   los	
  causantes	
  de	
  esta	
  
perdida,	
  también	
  lo	
  son	
  accidentes	
  automovilísticos	
  y	
  varios	
  tipos	
  de	
  enfermedades	
  que	
  ocasionan	
  
la	
  perdida	
  de	
  extremidades.	
  	
  
	
  
Según	
   lo	
  dicho	
  anterior	
  mente,	
  este	
  sistema	
  de	
  perdida	
  de	
   las	
  extremidades	
  ha	
  sido	
  causa	
  de	
   la	
  
investigación	
   en	
   la	
   ingeniería.	
   Durante	
   los	
   últimos	
   años,	
   se	
   ha	
   ido	
   implementado	
   el	
   uso	
   de	
  
prótesis,	
   que	
   permiten	
   reemplazar	
   la	
   extremidad	
   perdida.	
   Así	
   que	
   mediante	
   este	
   proyecto,	
   se	
  
pretende	
  realizar	
  el	
   sistema	
  de	
  un	
  control	
  para	
  el	
  mejoramiento	
  del	
   funcionamiento	
  electrónico	
  
de	
  una	
  prótesis	
  y	
  que	
  cumpla	
  con	
  las	
  expectativas	
  de	
  los	
  usuarios.	
  
2 OBJETIVOS	
  
2.1 Objetivo General 
Diseñar,	
  determinar	
  y	
   simular	
  un	
  sistema	
  de	
  control	
   simple	
  encargado	
  del	
   funcionamiento	
  
eléctrico	
  de	
  una	
  prótesis	
  transfemoral	
  	
  
2.2 Objetivos Específicos 
 
• Definir	
   y	
   determinar	
   las	
   variables	
   así	
   como	
   el	
   modelo	
   matemático	
   que	
   conforma	
   el	
  
movimiento	
  que	
  se	
  genera	
  en	
  una	
  pierna	
  humana	
  al	
  caminar.	
  	
  
• Diseñar	
   el	
   esquema	
  de	
  movimiento	
   de	
   una	
   prótesis	
   transfemoral,	
   a	
   partir	
   de	
   elementos	
  
electrónicos	
  como	
  los	
  servomotores.	
  	
  
• Construir	
  de	
  manera	
  óptima	
  el	
  control	
  del	
  sistema	
  eléctrico,	
  teniendo	
  en	
  cuenta	
  el	
  ángulo	
  
de	
  rotación	
  que	
  realiza	
  una	
  persona	
  al	
  caminar,	
  y	
  la	
  energía	
  que	
  se	
  aplica	
  sobre	
  la	
  prótesis	
  
para	
  ofrecerle	
  al	
  usuario	
  más	
  comodidad	
  en	
  el	
  uso	
  de	
  esta.	
  
• Simulación	
  del	
  prototipo	
  del	
  sistema	
  eléctrico	
  y	
  de	
  control	
  de	
  la	
  prótesis.	
  Validación	
  de	
  los	
  
resultados	
  obtenidos	
  teniendo	
  en	
  cuenta	
  el	
  óptimo	
  uso	
  de	
  la	
  potencia	
  y	
  los	
  motores	
  para	
  
beneficio	
  del	
  usuario.	
  	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   6	
  
 
 
2.3 Alcance y productos finales 
El	
  alcance	
  del	
  proyecto	
  estuvo	
  limitado	
  de	
  acuerdo	
  a	
  los	
  objetivos	
  expuestos	
  anteriormente	
  
y	
   considerando	
   el	
   tiempo	
   requerido	
   para	
   el	
   desarrollo	
   del	
   proyecto.	
   A	
   partir	
   de	
   esto,	
   el	
  
proyecto	
  fue	
  enfocado	
  simplemente	
  en	
  el	
  diseño	
  del	
  esquema	
  y	
  la	
  simulación	
  respectiva	
  del	
  
control	
   electrónico	
   de	
   la	
   prótesis.	
   El	
   trabajo	
   realizado,	
   será	
   detallado	
   en	
   la	
   entrega	
   del	
  
documento,	
   en	
   este	
   documento	
   se	
   encontrará	
   en	
   primer	
   lugar	
   un	
   proceso	
   de	
   diseño	
   con	
  
variables	
  de	
  análisis	
  y	
  modelaje,	
  el	
  desarrollo,	
  simulación	
  y	
  análisis	
  de	
  resultados. 
 
De	
   acuerdo	
   a	
   lo	
   realizado	
   es	
   importante	
   tener	
   en	
   cuenta	
   que	
   este	
   proyecto	
   es	
   realizado	
  
como	
  un	
   inicio	
  a	
  una	
   investigación	
  que	
   se	
  espera	
   seguir	
   trabajando,	
   se	
  espera	
  entregar	
  el	
  
diseño	
  del	
  control	
  con	
  sus	
  simulaciones	
  y	
  análisis	
  requerido.	
  	
  
3 DESCRIPCIÓN	
  DE	
  LA	
  PROBLEMÁTICA	
  Y	
  JUSTIFICACIÓN	
  DEL	
  TRABAJO	
  
En	
   el	
   proceso	
   de	
   este	
   proyecto	
   se	
   pensó	
   en	
   la	
   idea	
   de	
   que	
   Colombia	
   es	
   un	
   país	
   con	
   un	
   alto	
  
porcentaje	
   de	
   violencia	
   interna	
   y	
   conflicto	
   armado.	
   Es	
   debido	
   a	
   esto,	
   que	
   se	
   producen	
  
enfrentamientos	
   cuerpo	
   a	
   cuerpo	
   entre	
   militares,	
   civiles	
   en	
   zonas	
   vulnerables	
   y	
   guerrilleros.	
  
Teniendo	
  en	
  cuenta	
  lo	
  dicho	
  anteriormente	
  y	
  a	
  organizaciones	
  terroristas	
  que	
  llenan	
  zonas	
  civiles	
  
de	
  minas	
  antipersona,	
  es	
  que	
  las	
  personas	
  han	
  sufrido	
  pérdidas	
  en	
  sus	
  extremidades.	
  Al	
  igual	
  que	
  
la	
   violencia	
   existente,	
   se	
   encuentran	
   los	
   accidentesde	
   tránsito	
   y	
   las	
   enfermedades	
   como	
   otros	
  
causantes	
  de	
  la	
  falta	
  o	
  perdida	
  de	
  alguna	
  extremidad	
  en	
  las	
  personas.	
  	
  
	
  
El	
  modelamiento	
  de	
  máquinas	
  autónomas	
  o	
  robots,	
  y	
  el	
  desarrollo	
  tecnológico	
  que	
  se	
  ha	
  llevado	
  a	
  
cabo	
   durante	
   los	
   últimos	
   años,	
   se	
   ha	
   ido	
   implementando	
   en	
   personas	
   discapacitadas	
   una	
   alta	
  
gama	
  de	
  prótesis.	
  Y	
  por	
  medio	
  de	
  la	
  robótica	
  y	
  la	
  bioingeniería	
  se	
  ha	
  hecho	
  posible	
  la	
  recuperación	
  
de	
  los	
  miembros	
  perdidos	
  para	
  las	
  personas.	
  Las	
  prótesis	
  que	
  se	
  encuentran	
  mas	
  que	
  todo	
  hoy	
  en	
  
día,	
   son	
   las	
   extrajeras	
   con	
   costos	
   elevados	
   y	
   de	
   un	
   bajo	
   alcance	
   para	
   todas	
   las	
   personas,	
   en	
  
especial	
   aquellas	
   de	
   bajos	
   recursos	
   victimas	
   del	
   conflicto	
   colombiano.	
   Además	
   de	
   esto,	
   en	
   el	
  
mercado	
  colombiano	
   las	
  prótesis	
   son	
  escasas	
   y	
  de	
  una	
   tecnología	
  aún	
  básica	
  en	
   contraste	
  a	
   las	
  
diseñadas	
  en	
  el	
  exterior.	
  Es	
  debido	
  a	
  esto,	
  que	
  mediante	
  este	
  proyecto,	
   se	
  pretende	
  realizar	
  un	
  
diseño	
   de	
   un	
   sistema	
   de	
   control	
   para	
   el	
   mejoramiento	
   del	
   funcionamiento	
   electrónico	
   de	
   una	
  
prótesis	
  y	
  que	
  cumpla	
  con	
  las	
  expectativas	
  de	
  los	
  usuarios.	
   
	
  
4 MARCO	
  TEÓRICO,	
  CONCEPTUAL	
  E	
  HISTÓRICO	
  
4.1 Marco Teórico 
La	
  amputación	
  transfemoral	
  se	
  encuentra	
  ubicada	
  en	
  la	
  parte	
  superior	
  de	
  la	
  rodilla,	
  y	
  es	
  una	
  de	
  las	
  
más	
   frecuentes	
   hoy	
   en	
   día.	
   Esta	
   amputación	
   consiste	
   en	
   la	
   amputación	
   del	
  muslo,	
   a	
   través	
   del	
  
fémur,	
   y	
   la	
   perdida	
   de	
   la	
   rodilla,	
   coyuntura	
   esencial	
   para	
   caminar	
   y	
   llevar	
   a	
   cabo	
   todo	
   tipo	
   de	
  
actividades	
   que	
   requiera	
   realizar	
   la	
   marcha	
   humana.	
   La	
   pierna	
   humana	
   está	
   conformada	
   por	
  
varios	
  músculos,	
  tendones,	
  uniones	
  y	
  huesos	
  que	
  permiten	
  su	
  funcionamiento,	
  como	
  se	
  puede	
  ver	
  
en	
   la	
   imagen	
  1,	
   la	
  pierna	
  está	
  dividida	
  en	
   la	
  cadera,	
   la	
  pierna	
  que	
  conforma	
  el	
  muslo	
   (fémur,	
   la	
  
rodilla	
  y	
  la	
  tibia)	
  y	
  el	
  pie.	
  	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   7	
  
 
 
	
  
	
  
Imagen	
  1	
  Division	
  de	
  la	
  pierna	
  humana	
  [1]	
  
El	
  cuerpo	
  humano	
  es	
  encuentra	
  ubicado	
  en	
  tres	
  planos	
  como	
  se	
  muestra	
  en	
  la	
  imagen	
  1.2:	
  El	
  plano	
  
sagital,	
  el	
  plano	
  frontal	
  y	
  el	
  plano	
  transversal.	
  	
  
	
  
	
  
Imagen	
  2	
  Planos	
  del	
  cuerpo	
  humano	
  [2]	
  
	
  
Debido	
   a	
   la	
   complejidad	
   del	
   cuerpo	
   humano,	
   para	
   llevar	
   a	
   cabo	
   el	
   proyecto,	
   fue	
   necesario	
  
investigar	
   sobre	
   la	
   marcha	
   humana,	
   y	
   describir	
   el	
   comportamiento	
   y	
   los	
   diferentes	
   huesos	
   y	
  
músculos	
  que	
  conforman	
  la	
  pierna	
  durante	
  este	
  proceso.	
  La	
  marcha	
  se	
  divide	
  esencialmente	
  en	
  2	
  
periodos:	
  1.	
  El	
  periodo	
  de	
  doble	
  aployo,	
  que	
  se	
  produce	
  cuando	
  los	
  dos	
  pies	
  están	
  en	
  contacto	
  con	
  
el	
  suelo,	
  usualmente	
  este	
  periodo	
  se	
  encuentra	
  al	
  comienzo,	
  al	
  intermedio	
  y	
  al	
  final	
  del	
  ciclo	
  de	
  la	
  
marcha.	
  2.	
  El	
  apoyo	
  sencillo	
  se	
  lleva	
  a	
  cabo	
  cuando	
  solo	
  una	
  pierna	
  se	
  encuentra	
  en	
  contacto	
  con	
  
el	
   suelo	
   y	
   la	
   otra	
   esta	
   en	
  balanceo.	
   Sin	
   embargo,	
   estos	
   periodos	
   se	
   llevan	
   a	
   cabo	
  en	
  diferentes	
  
intervalos	
  como	
  se	
  muestra	
  en	
  la	
  siguiente	
  imagen:	
  	
  	
  
	
  
	
  
Imagen	
  3	
  Ciclo	
  de	
  la	
  marcha	
  humana	
  [3]	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   8	
  
 
 
• Fase	
  de	
  apoyo	
  60%	
  del	
  ciclo	
  
• Fase	
  de	
  balanceo	
  40%	
  del	
  ciclo	
  	
  
• Doble	
  apoyo	
  20	
  %	
  del	
  ciclo	
  	
  
	
  
El	
  ciclo	
  de	
  la	
  marcha	
  comienza	
  cuando	
  se	
  da	
  el	
  primer	
  paso,	
  cuando	
  el	
  pie	
  derecho	
  está	
  tocando	
  el	
  
suelo	
  y	
  el	
  izquierdo	
  está	
  un	
  poco	
  elevado	
  pero	
  sigue	
  tocando	
  el	
  suelo.	
  Al	
  comienzo	
  de	
  la	
  etapa	
  se	
  
realiza	
  el	
  cambio	
  de	
  peso	
  de	
  un	
  pie	
  al	
  otro	
  durante	
  la	
  fase	
  de	
  doble	
  apoyo,	
  después	
  todo	
  el	
  peso	
  se	
  
concentra	
  en	
  el	
   pie	
  derecho	
   y	
   el	
   pie	
   izquierdo	
  puede	
   ser	
   levantado	
  para	
   comenzar	
  una	
   fase	
  de	
  
balanceo,	
  en	
  este	
  momento	
  se	
  genera	
  la	
  fase	
  de	
  apoyo	
  sencillo	
  mientras	
  se	
  transfiere	
  el	
  peso	
  al	
  
siguiente	
  pie	
  y	
  así	
  sucesivamente.	
  	
  
	
  
Ahora	
  bien,	
  teniendo	
  en	
  cuenta	
  el	
  comportamiento	
  de	
  la	
  marcha	
  humana	
  también	
  se	
  necesita	
  un	
  
sistema	
  de	
  control	
  de	
  esta,	
  por	
  medio	
  de	
  un	
  control	
  difuso,	
  se	
  permite	
  al	
  sistema	
  tomar	
  la	
  decisión	
  
pertinente	
  frente	
  a	
  ciertos	
  momentos	
  que	
  se	
  presentan.	
  En	
  un	
  control	
  difuso	
  la	
  función	
  de	
  acción	
  
puede	
  adquirir	
  valores	
  entre	
  0	
  y	
  1.	
  En	
  primer	
  lugar,	
  para	
  controlar	
  un	
  sistema	
  se	
  necesita	
  realizar	
  
la	
   formulación	
   de	
   las	
   reglas	
   que	
   permitirán	
   su	
   control,	
   a	
   estas	
   reglas	
   se	
   les	
   da	
   cierto	
   grado	
   de	
  
confiabilidad	
  que	
  permite	
  al	
  control	
  difuso	
  tomar	
  las	
  decisiones	
  en	
  el	
  sistema.	
  El	
  control	
  fuzzy	
  está	
  
dividido	
  en	
  tres	
  partes.	
  Fuzzyficacion,	
  evaluación	
  de	
  reglas	
  y	
  defuzzycicacion.	
  	
  
	
  
En	
  la	
  fuzzificacion,	
  al	
  tener	
  las	
  variables	
  de	
  entrada	
  del	
  sistema	
  se	
  calcula	
  la	
  membresía	
  de	
  estas	
  
variables	
  para	
  todos	
  los	
  posibles	
  conjuntos	
  a	
  las	
  que	
  se	
  ha	
  asignado.	
  En	
  la	
  evaluación	
  de	
  reglas	
  se	
  
evalúan	
  las	
  reglas	
  dadas	
  por	
  el	
  usuario	
  y	
  se	
  les	
  da	
  un	
  peso	
  a	
  cada	
  una	
  de	
  ellas,	
  al	
  final	
  de	
  esta	
  parte	
  
cada	
   regla	
   tendrá	
   asignado	
   su	
   valor	
   correspondiente,	
   por	
   último	
   en	
   la	
   defuzzificacion,	
   en	
   este	
  
proceso	
  se	
  calcula	
  el	
  valor	
  de	
  la	
  salida	
  por	
  medio	
  de	
  un	
  promedio	
  ponderado	
  de	
  todas	
  las	
  salidas	
  
del	
   fuzzy,	
   es	
   por	
   esto	
  que	
  el	
   centro	
  de	
   gravedad	
  de	
  estas	
   será	
   el	
   nuevo	
   valor	
   de	
   la	
   variable	
  de	
  
salida.	
  
4.2 Marco Conceptual 
Para	
   el	
  modelo	
   de	
  marcha	
   humana	
   que	
   se	
   nombró	
   anteriormente,	
   en	
   [4]	
   se	
   pudo	
   analizar	
   los	
  
parámetros	
  que	
  son	
  de	
  utilidad	
  para	
  el	
  sistema	
  de	
  la	
  marcha,	
  este	
  sistema	
  nos	
  permite	
  encontrar	
  
las	
  variables	
  de	
  posición	
  y	
  los	
  ángulos	
  respectivos	
  al	
  modelo.	
  Sin	
  embargo,	
  el	
  modelo	
  matemático	
  
es	
  un	
  tanto	
  complejo	
  de	
  estudiar	
  por	
  lo	
  cual	
  se	
  realizó	
  una	
  reducción	
  de	
  este.	
  En	
  lasfiguras	
  que	
  se	
  
muestran	
  a	
  continuación	
  se	
  observan	
  las	
  diferentes	
  fases	
  de	
  posición	
  de	
  un	
  caminador	
  pasivo	
  y	
  el	
  
modelo	
  planteado	
  para	
  analizar	
  este	
  sistema.	
  	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   9	
  
 
 
	
  
Imagen	
  4	
  Modelo	
  de	
  las	
  piernas	
  de	
  un	
  caminante	
  pasivo	
  [4]	
  
	
  
Imagen	
  5	
  Parámetros	
  del	
  modelo	
  y	
  coordinadas	
  de	
  los	
  puntos	
  de	
  masa	
  [4]	
  
	
  
Para	
  el	
  estudio	
  de	
  este	
  artículo,	
  el	
  autor	
   le	
  asigna	
  el	
   tamaño	
  y	
   la	
  masa	
  de	
   la	
  pierna,	
   la	
   tibia	
  y	
  el	
  
fémur	
  del	
  caminante,	
  para	
  así	
  poderlo	
  implementar	
  en	
  las	
  ecuaciones	
  respectivas.	
  De	
  igual	
  forma,	
  
se	
   puede	
  observar	
   que	
   este	
  modelo,	
   se	
   lleva	
   a	
   cabo	
   en	
   una	
   rampa	
   con	
   cierta	
   inclinación	
   lo	
   cal	
  
afecta	
   el	
   resultado	
  que	
   se	
  quiere	
  obtener.	
  Además	
  el	
   autor	
   encuentra	
   el	
   periodo	
  que	
   realiza	
   el	
  
caminante	
  pasivo	
  y	
  de	
  acuerdo	
  a	
  este,	
  el	
  ángulo	
  de	
  las	
  piernas	
  en	
  relación	
  al	
  tiempo,	
  los	
  resultados	
  
obtenidos	
  se	
  muestran	
  en	
  la	
  siguiente	
  imagen.	
  	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   10	
  
 
 
	
  
Imagen	
  6	
  Ángulos	
  para	
  cada	
  fase	
  del	
  caminante	
  pasivo	
  [4]	
  
4.3 Marco Histórico 
 
Dentro	
  de	
   los	
  trabajos	
  realizados	
  acerca	
  del	
  diseño	
  de	
  prótesis	
  y	
  control	
  de	
  estas,	
   	
  se	
  encuentra	
  
[5],	
   una	
   tesis	
   de	
   la	
   Universidad	
   de	
   los	
   Andes	
   en	
   la	
   que	
   se	
   realiza	
   el	
   diseño	
   de	
   una	
   prótesis	
  
mecánica,	
   para	
   la	
   rehabilitación	
   en	
   la	
   perdida	
   de	
   extremidades.	
   	
   Este	
   proyecto	
   se	
   lleva	
   a	
   cabo	
  
primero	
  con	
  un	
  diseño	
  y	
  luego	
  con	
  las	
  simulaciones	
  respectivas	
  de	
  este.	
  	
  
	
  
Otro	
   trabajo	
   realizado,	
   es	
   un	
   control	
   realizado	
   por	
   un	
   sistema	
   de	
   electromiografía	
   [6],	
   en	
   este	
  
trabajo	
  se	
  realizó	
  el	
  diseño	
  de	
  un	
  sistema	
  de	
  medición	
  de	
  las	
  señales	
  mioelectricas	
  y	
  de	
  esta	
  forma	
  
lograr	
   controlar	
   el	
   modelo	
   simple	
   de	
   prótesis	
   en	
   una	
   rodilla,	
   los	
   resultados	
   obtenidos	
   en	
   este	
  
trabajo,	
  son	
  de	
  el	
  voltaje	
  de	
  salida	
  mientras	
  se	
  estira	
  la	
  rodilla	
  y	
  se	
  está	
  flexionada.	
  	
  
5 DEFINICION	
  Y	
  ESPECIFICACION	
  DEL	
  TRABAJO	
  
5.1 Definición 
El	
  proyecto	
  que	
  se	
  realizó,	
  tiene	
  como	
  objetivo	
  la	
  formulación	
  de	
  un	
  sistema	
  que	
  permita	
  estudiar	
  
los	
   valores	
   de	
   posición	
   de	
   un	
   caminante	
   y	
   diseñar	
   un	
   sistema	
   de	
   control	
   que	
   sea	
   capaz	
   de	
  
organizar	
   y	
   controlar	
   las	
   señales	
   de	
   entrada	
   y	
   de	
   salida.	
   Teniendo	
   en	
   cuenta	
   esto,	
   para	
   este	
  
proyecto	
   se	
   realizaron	
   modelos	
   y	
   simulaciones	
   de	
   estos,	
   que	
   permiten	
   corroborar	
   el	
  
funcionamiento	
  adecuado	
  del	
  sistema.	
  	
  	
  
5.2 Especificaciones 
Dentro	
  de	
  las	
  especificaciones,	
  se	
  tienen	
  en	
  cuenta	
  las	
  variables	
  que	
  se	
  utilizaron	
  y	
  el	
  estudio	
  que	
  
se	
   realizó.	
   Dentro	
   de	
   este	
   contexto,	
   se	
   tienen	
   en	
   cuenta	
   varias	
   restricciones	
   que	
   delimitan	
   el	
  
desarrollo	
  del	
  proyecto.	
  En	
  primer	
  lugar,	
  el	
  tiempo	
  es	
  una	
  restricción	
  que	
  más	
  afecta	
  por	
  lo	
  cual	
  se	
  
decidió	
  hacer	
  solo	
  un	
  diseño	
  y	
  simulaciones	
  de	
  este,	
  dejando	
  para	
  futuras	
  ocasiones	
  el	
  prototipo	
  e	
  
implementación	
   del	
   sistema.	
   Los	
   recursos	
   utilizados	
   para	
   llevar	
   a	
   cabo	
   el	
   proyecto,	
   fueron	
  
pensados	
   de	
   acuerdo	
   al	
   propósito	
   que	
   se	
   tenía,	
   por	
   lo	
   cual	
   solo	
   se	
   utilizó	
   un	
  medio	
   donde	
   se	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   11	
  
 
 
pueden	
   llevar	
   a	
   cabo	
   algoritmos	
   y	
   diagramas	
   de	
   bloques	
   que	
   permiten	
   las	
   simulaciones	
  
respectivas.	
  Para	
  la	
  formulación	
  del	
  diseño	
  se	
  tuvieron	
  en	
  cuenta	
  variables	
  como	
  posición	
  en	
  cada	
  
fase	
   de	
   la	
   marcha	
   humana	
   en	
   la	
   rodilla,	
   y	
   se	
   implementaron	
   estas	
   medidas	
   para	
   un	
   sistema	
  
promedio	
   de	
   caminata	
   en	
   forma	
   recta	
   que	
   no	
   cuenta	
   con	
   rampas,	
   inclinaciones,	
   escaleras	
   etc.	
  
Debido	
  a	
  esto,	
  como	
  trabajo	
  inicial,	
  solo	
  se	
  midieron	
  las	
  posiciones	
  respectivas	
  de	
  las	
  7	
  fases	
  de	
  la	
  
marcha	
  humana	
  en	
  la	
  rodilla,	
  y	
  se	
  realizó	
  el	
  proceso	
  de	
  control	
  para	
  estas	
  medidas.	
  	
  
	
  
Con	
  las	
  restricciones	
  delimitadas,	
  se	
  espera	
  obtener	
  resultados	
  satisfactorios	
  en	
  la	
  posición	
  de	
  las	
  
dos	
  piernas,	
  la	
  que	
  se	
  encuentra	
  en	
  un	
  estado	
  saludable	
  y	
  la	
  que	
  necesita	
  de	
  una	
  prótesis.	
  El	
  valor	
  
de	
   los	
   ángulos	
   esperados	
   y	
   los	
   obtenidos	
   será	
   analizado	
   con	
   respecto	
   al	
   tiempo	
   así	
   como	
   la	
  
efectividad	
  en	
  la	
  detección	
  de	
  una	
  mala	
  posición	
  	
  
6 METODOLOGÍA	
  DEL	
  TRABAJO	
  
Para	
  el	
  desarrollo	
  de	
  este	
  trabajo,	
  se	
  tuvieron	
  varias	
  partes.	
  En	
  primer	
  lugar,	
  se	
  realizó	
  un	
  proceso	
  
de	
  investigación	
  y	
  de	
  formulación	
  del	
  sistema	
  de	
  marcha	
  de	
  las	
  personas,	
  después	
  de	
  tener	
  esta	
  
parte	
  definida,	
  se	
  estudió	
  el	
  sistema	
  de	
  control	
  que	
  permitiría	
   llevar	
  a	
  cabo	
   lo	
  que	
  se	
  quería	
  del	
  
proyecto	
  y	
  por	
  último,	
  las	
  simulaciones	
  correspondientes	
  a	
  cada	
  parte	
  del	
  sistema	
  	
  	
  
6.1 Plan de trabajo 
El	
  diagrama	
  de	
   flujo	
  que	
   	
   resume	
  el	
  orden	
  y	
  el	
   trabajo	
   realizado,	
   se	
  observa	
  en	
   la	
   siguiente	
  
imagen:	
  
 
Imagen	
  7	
  Diagrama	
  de	
  flujo	
  de	
  la	
  metodología	
  propuesta	
  	
  
	
  
• Diseño	
  y	
  formulación	
  del	
  sistema:	
  Después	
  de	
  investigar	
  un	
  poco	
  acerca	
  del	
  ciclo	
  de	
  la	
  marcha,	
  
se	
  decidió	
  determinar	
  7	
  intervalos	
  que	
  sobresalen	
  en	
  este	
  ciclo	
  y	
  de	
  esta	
  manera	
  poder	
  trabajar	
  
sobre	
  el	
  modelo	
  matemático.	
  En	
  primer	
   lugar,	
   se	
  pensó	
  en	
  usar	
  el	
  modelo	
  como	
  un	
  péndulo	
  
doble	
  invertido,	
  sin	
  embargo,	
  proporcionada	
  más	
  complejidad	
  al	
  sistema	
  y	
  no	
  determinaba	
  de	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   12	
  
 
 
forma	
  sencilla	
  la	
  ubicación	
  de	
  la	
  rodilla.	
  Así	
  que	
  simplemente	
  se	
  determinaron	
  los	
  7	
  intervalos	
  
de	
  la	
  marcha	
  humana,	
  y	
  se	
  estableció	
  un	
  ciclo	
  continuo	
  entre	
  estos	
  intervalos,	
  suponiendo	
  que	
  
es	
  una	
  persona	
  que	
  camina	
  sobre	
  una	
  superficie	
  plana	
  sin	
  obstáculos	
  y	
  que	
  realiza	
  siempre	
  la	
  
misma	
  marcha.	
  
	
  
En	
  primer	
  lugar	
  para	
  esta	
  fase	
  de	
  diseño,	
  se	
  realizóun	
  modelo	
  matemático	
  más	
  sencillo	
  de	
  la	
  
marcha	
  para	
  las	
  siete	
  fases	
  que	
  se	
  pretenden	
  implementar.	
  Con	
  este	
  modelo,	
  no	
  se	
  tienen	
  en	
  
cuenta	
   la	
   masa	
   y	
   centros	
   de	
   masa	
   de	
   la	
   persona,	
   y	
   tampoco	
   la	
   velocidad	
   que	
   tiene	
   el	
  
caminante.	
  Solo	
  nos	
  permite	
  tener	
  una	
  idea	
  de	
  cómo	
  se	
  comporta	
  el	
  caminar	
  de	
  las	
  personas	
  
en	
   general,	
   este	
   modelo	
   se	
   describió	
   en	
   MATLAB	
   y	
   fue	
   simulado	
   para	
   observar	
   su	
  
comportamiento.	
  	
  
	
  
En	
   el	
   modelo,	
   la	
   pierna	
   sana	
   y	
   la	
   prótesis	
   tienen	
   una	
   unidad	
   inercial	
   que	
   permite	
   sensar	
   y	
  
obtener	
  los	
  ángulos	
  en	
  los	
  cuales	
  se	
  encuentra	
  la	
  tibia	
  y	
  el	
  fémur	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  y	
  la	
  prótesis.	
  
Con	
  esta	
  información	
  y	
  de	
  acuerdo	
  al	
  modelo	
  desarrollado,	
  se	
  establece	
  la	
  relación	
  que	
  permite	
  
hallar	
   la	
  posición	
  en	
  la	
  cual	
  se	
  encuentra	
  cada	
  parte	
  del	
  sistema,	
  por	
  medio	
  de	
  ecuaciones	
  ya	
  
establecidas,	
  y	
  así	
  introducir	
  estos	
  valores	
  en	
  el	
  código	
  de	
  MATLAB.	
  	
  
	
  
𝑋 =  𝑋! ,𝑌! ,𝑋! ,𝑌! → 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟  𝑞𝑢𝑒  𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑒  𝑙𝑎𝑠  𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠  𝑑𝑒  𝑙𝑎  𝑡𝑖𝑏𝑖𝑎  𝑦  𝑒𝑙  𝑓𝑒𝑚𝑢𝑟   
𝑋! = 𝑑! sin(𝑎!) 
𝑌! = 𝑑! cos(𝑎!) 
𝑋! = 𝑑! sin(𝑎!) 
𝑌! = 𝑑! cos(𝑎!) 
 
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒  𝑑!𝑒𝑠  𝑙𝑎  𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎  𝑑𝑒  𝑙𝑎  𝑇𝑖𝑏𝑖𝑎,𝑦  𝑑!𝑒𝑠  𝑙𝑎  𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎  𝑑𝑒𝑙  𝑓𝑒𝑚𝑢𝑟 
 
Sin	
  embargo,	
  como	
  el	
  proyecto	
  se	
  concentró	
  en	
  las	
  simulaciones	
  no	
  se	
  utilizaron	
  los	
  sensores	
  
de	
   unidad	
   inercial.	
   Por	
   lo	
   cual	
   se	
   establecieron	
   gracias	
   a	
   [5]	
   ciertos	
   ángulos	
   generales	
   que	
  
describen	
  la	
  marcha	
  humana	
  para	
  una	
  línea	
  recta	
  a	
  velocidad	
  promedio.	
  	
  	
  
	
  
Posiciones	
  Pierna	
  sana	
   Posiciones	
  prótesis	
  
Etapa	
   Posición	
  Tibia	
  
(Radianes)	
  
Posición	
  Fémur	
  
(Radianes)	
  
Posición	
  
Tibia	
  
(Radianes) 
Posición	
  
Fémur	
  
(Radianes) 
1.	
  Inicio	
  Soporte	
   1.6406	
   0.6283	
   1.8325 0.3490 
2.	
  Paso	
   1.9024	
   57.5	
   1.7104 1.4049 
3.	
  Balanceo	
   1.9373	
   1.7715	
   1.4486 1.2915 
4.	
  Preparación	
  	
   1.8762	
   1.6667	
   1.4049 0.9337 
5.	
  Contra-­‐paso	
   1.7104	
   1.4049	
   1.9024 1.0034 
6.Contra-­‐
Balanceo	
  
1.4486	
   1.2915	
   1.9373 1.7715 
7.	
  Contra-­‐
Preparación	
  	
  
1.4049	
   0.9337	
   1.8762 1.6667 
Tabla	
  1	
  Parámetros	
  de	
  simulación	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   13	
  
 
 
	
  
• Diseño	
  de	
  control:	
  Al	
  obtener	
  el	
  modelo	
  de	
  comportamiento	
  del	
  ciclo	
  de	
   la	
  marcha	
  para	
  este	
  
proyecto,	
  se	
  desarrolla	
  un	
  diseño	
  del	
  control	
  que	
  se	
  requiere	
  usar,	
  teniendo	
  en	
  cuenta	
  los	
  tipos	
  
de	
   control	
   que	
   existen,	
   la	
   estabilidad	
   del	
   sistema	
   que	
   proponen	
   y	
   la	
   facilidad	
   de	
  
implementación	
  y	
  de	
  manejo	
  para	
  cualquier	
  usuario.	
  Teniendo	
  esto	
  en	
  cuenta,	
  se	
  decidió	
  usar	
  
un	
   control	
   fuzzy	
   que	
   toma	
   la	
   decisión	
   correcta	
   frente	
   a	
   cada	
   posición	
   en	
   la	
   que	
   se	
   debe	
  
encontrar	
   la	
   prótesis	
   y	
   en	
   caso	
  de	
  que	
  no	
   se	
   encuentre	
   en	
   la	
   posición	
  deseada,	
   este	
   control	
  
calculara	
  un	
  promedio	
  para	
  así	
  anunciar	
  que	
  tan	
  cerca	
  está	
  a	
  la	
  posición.	
  	
  Se	
  determinaron	
  las	
  
entradas	
  y	
  salidas	
  del	
  sistema	
  y	
  el	
  diagrama	
  de	
  bloques.	
  	
  
	
  
Para	
  llevar	
  a	
  cabo	
  el	
  sistema	
  Fuzzy	
  de	
  control	
  se	
  utilizó	
  una	
  aplicación	
  de	
  MATLAB	
  que	
  permite	
  
asignarle	
  los	
  valores	
  de	
  funcionamiento	
  del	
  control	
  y	
  realizar	
  el	
  proceso	
  de	
  fuzzificacion,	
  como	
  
se	
   puede	
   observar	
   en	
   las	
   dos	
   imágenes	
   que	
   se	
  muestran	
   a	
   continuación,	
   se	
   realizó	
   un	
   fuzzy	
  
para	
   la	
   tibia	
   y	
   el	
   fémur	
   de	
   la	
   pierna	
   sana,	
   y	
   otro	
   para	
   la	
   salida	
   de	
   este	
   y	
   la	
   posición	
   de	
   la	
  
prótesis.	
  	
  
 
 
Imagen	
  8	
  Fuzzy	
  posiciones	
  Tibia	
  y	
  Fémur	
  pierna	
  sana	
  	
  	
  
 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   14	
  
 
 
 
Imagen	
  9	
  Fuzzy	
  posiciones	
  prótesis	
  modelo	
  y	
  	
  prótesis	
  real 
 
Por	
  medio	
  de	
  este	
  sistema,	
  se	
  le	
  asignan	
  los	
  rangos	
  de	
  cada	
  variable	
  y	
  los	
  valores	
  de	
  salida	
  que	
  
debe	
  dar	
  el	
  sistema	
  de	
  acuerdo	
  a	
  un	
  sistema	
  de	
  reglas	
  que	
  también	
  son	
  asignadas.	
  	
  
	
  
• Simulaciones:	
   Al	
   tener	
   listo	
   una	
   idea	
   del	
   sistema	
   de	
   control	
   que	
   se	
   va	
   a	
   desarrollar,	
   se	
  
comienzan	
   a	
   realizar	
   las	
   simulaciones	
   respectivas,	
   en	
   primer	
   lugar	
   se	
   realiza	
   una	
   simulación	
  
aproximada	
  de	
  lo	
  que	
  es	
  el	
  modelo	
  de	
  la	
  marcha,	
  esta	
  simulación	
  se	
  hace	
  para	
  tener	
  una	
  base	
  
de	
  comparación	
  de	
  los	
  resultados	
  obtenidos.	
  Además	
  de	
  esta	
  gráfica,	
  se	
  obtiene	
  la	
  simulación	
  
de	
  los	
  controles	
  fuzzy	
  con	
  sus	
  respectivas	
  entradas	
  y	
  salidas.	
  	
  
6.2 Búsqueda de información 
En	
  primer	
  lugar,	
  se	
  consultaron	
  las	
  teorías	
  planteadas	
  en	
  el	
  marco	
  histórico	
  ya	
  que	
  fue	
  necesaria	
  la	
  
consulta	
   de	
   este	
   para	
   el	
   desarrollo	
   de	
   la	
   propuesta	
   inicial	
   del	
   proyecto,	
   después	
   se	
   hizo	
   una	
  
investigación	
  de	
  conceptos	
  y	
   teorías	
  que	
   se	
  muestran	
  en	
   toda	
   la	
  parte	
  del	
  marco	
   teórico.	
  Otras	
  
fuentes	
   de	
   información	
   fueron	
   la	
   investigación	
   en	
   internet	
   de	
   otros	
   proyectos,	
   manuales,	
  
publicaciones	
  y	
  reuniones	
  constantes	
  con	
  el	
  asesor	
  de	
  este	
  proyecto.	
   	
  Las	
  dudas	
  se	
  encontraban	
  
en	
  el	
  manejo	
  de	
  software	
  por	
   lo	
  cual	
  fue	
  necesario	
  recurrir	
  a	
   instructivos,	
  y	
  para	
   la	
  metodología	
  
del	
  trabajo	
  se	
  contó	
  con	
  la	
  guía	
  del	
  asesor	
  y	
  de	
  profesores	
  recomendados	
  por	
  él.	
  	
  	
  
6.3 Alternativas de desarrollo 
En	
  un	
  comienzo	
  se	
  pensó	
  en	
  realizar	
  el	
  control	
  de	
  esta	
  prótesis	
  por	
  medio	
  de	
  un	
  controlador	
  PID	
  
aunque	
  para	
  este	
  controlador	
  en	
  la	
  mayoría	
  de	
  casos	
  se	
  requiere	
  conocer	
  el	
  modelo	
  de	
  la	
  planta	
  
que	
  se	
  desea	
  controlar.	
  Además	
  de	
  esto,	
  debido	
  a	
  que	
  el	
  sistema	
  pensado	
  esta	
  conformado	
  por	
  
sensores	
  y	
  toma	
  de	
  decisiones	
  frente	
  a	
  los	
  valores	
  y	
  las	
  suposiciones	
  dadas,	
  se	
  pensó	
  mas	
  en	
  un	
  
control	
  de	
  lógica	
  difusa,	
  ya	
  que	
  el	
  valor	
  proveniente	
  de	
  estos	
  sensores	
  se	
  convierte	
  por	
  medio	
  de	
  
la	
   fusificacion.	
   Para	
   luego	
   ser	
   comparado	
   y	
   evaluado	
   en	
   las	
   reglas	
   asignadas	
   para	
   luego	
   ser	
  
procesado	
   y	
   transformado	
   en	
   una	
   salida	
   por	
   la	
   defusificacion,	
   como	
   se	
   explicoen	
   el	
   marco	
  
conceptual.	
  Esta	
  señal	
  de	
  salida	
  es	
  la	
  señal	
  de	
  control	
  que	
  se	
  utiliza	
  para	
  la	
  entrada	
  al	
  proceso.	
  En	
  
el	
   controlador	
   difuso	
   también	
   se	
   evita	
   y	
   se	
   mejora	
   el	
   error	
   en	
   estado	
   estacionario,	
   lo	
   cual	
   no	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   15	
  
 
 
puede	
   ser	
   manejado	
   desde	
   un	
   control	
   tradicional.	
   Por	
   último,	
   la	
   salida	
   que	
   se	
   obtiene	
   en	
   un	
  
controlador	
  difuso	
  es	
  mas	
  estable	
  que	
  la	
  de	
  un	
  control	
  tradicional.	
  	
  
7 TRABAJO	
  REALIZADO	
  
Según	
   la	
  metodología	
  utilizada	
  para	
  el	
  desarrollo	
  de	
  este	
  trabajo,	
   	
   se	
  definieron	
  varias	
   fases	
  por	
  
aparte,	
   para	
   ir	
   siendo	
   unidas	
   conforme	
   se	
   desenvolvía	
   el	
   proyecto.	
   En	
   primer	
   lugar,	
   se	
   tiene	
   el	
  
modelaje	
  y	
  diseño	
  del	
  sistema	
  con	
  sus	
  variables	
  y	
  restricciones	
  (es	
  importante	
  aclarar	
  que	
  sin	
  este	
  
proceso	
  no	
  se	
  puede	
  seguir	
  avanzando	
  en	
  el	
  proyecto).	
  En	
  segundo	
  lugar,	
  se	
  tiene	
  la	
  formulación	
  y	
  
construcción	
  de	
  un	
  sistema	
  de	
  control	
  afín	
  a	
  las	
  necesidades	
  propuestas	
  y	
  por	
  último,	
  la	
  unión	
  de	
  
los	
  anteriores	
  procesos	
  y	
  la	
  simulación	
  de	
  estas	
  fases.	
  A	
  continuación	
  se	
  pretende	
  mostrar	
  un	
  poco	
  
más	
  a	
  fondo	
  el	
  procedimiento	
  que	
  se	
  llevó	
  a	
  cabo	
  y	
  los	
  resultados	
  obtenidos	
  en	
  cada	
  etapa	
  y	
  en	
  la	
  
unión	
  de	
  estas.	
  	
  
7.1 Descripción del Resultado Final 
7.1.1 Diseño y formulación del sistema 
Para	
   el	
   desarrollo	
   de	
   esta	
   parte	
   se	
   realizaron	
   varias	
   investigaciones	
   que	
   permitieron	
   conocer	
   a	
  
fondo	
   el	
   ciclo	
   de	
   la	
  marcha	
   humana	
   y	
   la	
   descripción	
   de	
   cada	
   fase.	
   Al	
   encontrar	
   estas	
   fases	
   se	
  
realizó	
   un	
   modelo	
   promedio	
   y	
   general	
   de	
   los	
   7	
   intervalos	
   que	
   se	
   realizan	
   durante	
   este	
   ciclo,	
  
mediante	
  este	
  modelo	
   se	
  estimó	
  el	
   funcionamiento	
  de	
   la	
   tibia	
   y	
   fémur	
  de	
   la	
  pierna	
   sana,	
   y	
  por	
  
ende	
  el	
  movimiento	
  que	
  realizará	
  la	
  prótesis	
  en	
  su	
  debido	
  momento.	
  A	
  continuación	
  se	
  muestra	
  el	
  
esquema	
   que	
   sirvió	
   como	
   base	
   para	
   hacer	
   	
   el	
   estudio	
   y	
   determinación	
   de	
   los	
   ángulos	
   de	
  
movimiento.	
  Esto	
  es	
  debido	
  a	
  que	
  primero	
  se	
  detallaron	
  las	
  posiciones	
  de	
  una	
  caminata	
  sana	
  y	
  a	
  
partir	
  de	
  estas	
  solo	
  se	
  desfasaba	
  la	
  posición	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  para	
  encontrar	
  el	
  valor	
  en	
  el	
  cual	
  se	
  
debe	
  encontrar	
  la	
  prótesis.	
  	
  
 
 
 
Imagen	
  10	
  Fuzzy	
  posiciones	
  prótesis	
  modelo	
  y	
  	
  prótesis	
  real 
 
 
Al	
  determinar	
  el	
   esquema	
  de	
  movimiento	
  que	
   va	
   a	
   llevar	
   a	
   cabo	
   la	
  prótesis	
   y	
   la	
  pierna	
   sana	
   se	
  
implementaron	
  las	
  ecuaciones	
  mostradas	
  en	
  la	
  metodología	
  con	
  los	
  datos	
  de	
  la	
  tabla,	
  cabe	
  aclarar	
  
que	
  los	
  datos	
  de	
  la	
  tabla	
  son	
  de	
  personas	
  promedio	
  y	
  limitados	
  para	
  este	
  proyecto.	
  	
  
	
  
Como	
  se	
  explicó	
  anteriormente	
  en	
  el	
  plan	
  de	
  trabajo	
  de	
  este	
  proyecto,	
  se	
  llevo	
  a	
  cabo	
  un	
  modelo	
  
sencillo	
   y	
   limitado	
   de	
   la	
   marcha	
   humana	
   que	
   se	
   muestra	
   en	
   la	
   imagen	
   10.	
   Para	
   verificar	
   el	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   16	
  
 
 
funcionamiento	
   de	
   este	
   modelo	
   en	
   el	
   proyecto	
   se	
   realizaron	
   varias	
   simulaciones	
   que	
   fueron	
  
determinando	
   un	
   valor	
   promedio	
   y	
   una	
   gráfica	
   promedio	
   que	
   se	
   acercaran	
   más	
   a	
   el	
   valor	
  
esperado.	
   Este	
   resultado	
   tiene	
   un	
   comportamiento	
   cercano	
   al	
   que	
   se	
   da	
   en	
   la	
   literatura,	
   en	
   la	
  
mayoría	
   de	
   graficas	
   de	
   ángulo	
   vs	
   tiempo	
   encontrados	
   en	
   la	
   referencia	
   4,	
   se	
   observó	
   un	
  
comportamiento	
   parecido	
   al	
   que	
   se	
   da	
   al	
   graficar	
   los	
   valores	
   obtenidos	
   en	
   nuestro	
   modelo	
   y	
  
valores	
   ya	
   determinados.	
   Este	
   comportamiento	
   se	
   muestra	
   a	
   continuación	
   por	
   medio	
   de	
   la	
  
implementación	
  en	
  MATLAB.	
  	
  
	
  
 
 
Imagen	
  11	
  Posición	
  de	
  la	
  Tibia	
  según	
  modelo	
  aleatorio 
 
 
 
Imagen	
  12	
  Posición	
  del	
  fémur	
  modelo	
  aleatorio	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   17	
  
 
 
 
Imagen	
  13	
  Posición	
  de	
  la	
  prótesis	
  modelo	
  aleatorio	
  
 
Por	
  medio	
  de	
  estas	
  imágenes	
  se	
  observan	
  los	
  valores	
  que	
  toman	
  con	
  respecto	
  al	
  tiempo,	
  la	
  tibia,	
  el	
  
fémur	
  y	
  la	
  prótesis	
  para	
  datos	
  aleatorios	
  que	
  se	
  supone	
  recibe	
  el	
  sensor	
  en	
  el	
  ciclo	
  de	
  la	
  marcha	
  
humana.	
  Se	
  realizaron	
  varias	
  repeticiones	
  de	
  esta	
  grafica	
  para	
  que	
  se	
  pudiera	
  observar	
  mejor	
  y	
  las	
  
simulaciones	
  quedaran	
  mejor.	
  	
  
7.1.2 Diseño de control 
En	
   esta	
   etapa	
   se	
   realizaron	
   los	
   dos	
   controladores	
   fuzzy	
   que	
   manejan	
   el	
   sistema,	
   se	
   realizó	
   el	
  
análisis	
  de	
  las	
  reglas	
  que	
  rigen	
  el	
  funcionamiento	
  de	
  este	
  y	
  se	
  graficaron	
  las	
  entradas,	
  y	
  salidas	
  de	
  
los	
   controladores.	
   Así	
   como	
   también	
   se	
   obtuvieron	
   los	
   resultados	
   de	
   fuzzyficacion	
   y	
  
desfuzzyficacion	
  de	
  cada	
  uno	
  de	
  los	
  anteriores	
  controladores.	
  	
  
	
  
En	
  primer	
  lugar	
  se	
  tienen	
  como	
  entradas	
  las	
  variables	
  de	
  posición	
  en	
  las	
  que	
  se	
  esta	
  moviendo	
  la	
  
pierna	
   sana,	
   posiciones	
   del	
   fémur	
   y	
   de	
   la	
   tibia	
   van	
   entrando	
   al	
   primer	
   controlador	
   fuzzy	
   (estas	
  
posiciones	
   son	
   dadas	
   por	
   los	
   datos	
   ya	
   obtenidos	
   de	
   MATLAB	
   y	
   por	
   medio	
   de	
   una	
   función	
   de	
  
simulink,	
   son	
  ordenados	
  para	
   ser	
   las	
   entradas	
   al	
   bloque	
   Fuzzy	
   controller	
  with	
   view	
   ruler).	
   Estos	
  
datos	
   son	
   procesados	
   por	
   el	
   controlador	
   y	
   este	
   otorga	
   al	
   sistema	
  una	
   salida	
   entre	
   [-­‐5	
   0	
   5]	
   que	
  
indica	
  que	
  tan	
  cerca	
  se	
  encuentran	
  los	
  datos	
  de	
  entrada	
  a	
  la	
  posición	
  correcta.	
  	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   18	
  
 
 
	
  
Imagen	
  14	
  	
  Rangos	
  de	
  las	
  membresías	
  para	
  la	
  salida	
  del	
  controlador 
	
  
Después	
  de	
  saber	
  que	
  la	
  pierna	
  sana	
  se	
  encuentra	
  en	
  la	
  posición	
  que	
  se	
  espera	
  se	
  comparan	
  los	
  
datos	
  de	
  salida	
  y	
  si	
  esto	
  es	
  correcto	
  se	
  dan	
  como	
  entrada	
  al	
  siguiente	
  controlador	
  fuzzy	
  los	
  datos	
  
de	
   la	
   prótesis	
   que	
   determina	
   el	
  modelo,	
   y	
   los	
   datos	
   en	
   la	
   cual	
   se	
   encuentran	
   (estos	
   datos	
   son	
  
aleatorios	
  obtenidos	
  enMATLAB),	
  se	
  realiza	
  el	
  mismo	
  procedimiento	
  ya	
  mencionado	
  y	
  a	
  la	
  salida	
  
del	
  control	
  se	
  espera	
  saber	
  que	
  tan	
  bien	
  posicionada	
  se	
  encuentra	
  la	
  prótesis,	
  mediante	
  el	
  rango	
  
ya	
  mencionado	
  anteriormente,	
  si	
  la	
  posición	
  es	
  correcta	
  se	
  dará	
  a	
  saber	
  para	
  mover	
  el	
  motor	
  en	
  el	
  
ángulo	
   corroborado.	
   Es	
  decir	
   que	
  por	
  medio	
  de	
  este	
   control	
   se	
  espera	
  determinar	
   el	
   ángulo	
  de	
  
salida	
  que	
  moverá	
  la	
  prótesis	
  a	
  la	
  siguiente	
  posición,	
  y	
  así	
  de	
  forma	
  periódica	
  se	
  censará	
  la	
  nueva	
  
posición	
  de	
  la	
  prótesis,	
  será	
  comparada	
  en	
  el	
  controlador	
  y	
  comenzará	
  el	
  ciclo	
  del	
  sistema.	
  	
  
	
  
Para	
   realizar	
   los	
  dos	
   controles	
   fuzzy	
  en	
   simulink	
  mediante	
   la	
  plataforma	
  que	
   se	
  menciono	
  en	
  el	
  
plan	
  de	
  trabajo,	
  se	
  asignó	
  las	
  reglas	
  y	
  membresías	
  respectivas	
  a	
  cada	
  fase	
  de	
  la	
  marcha,	
  las	
  reglas	
  
se	
  caracterizaron	
  por	
  comparar	
  el	
  valor	
  en	
  el	
  cual	
  se	
  encuentran	
  las	
  dos	
  entradas	
  y	
  de	
  esta	
  forma	
  
asignar	
  una	
  salida.	
  Las	
  reglas	
  aplicadas	
  al	
  sistema	
  se	
  encuentran	
  en	
  la	
  siguiente	
  tabla.	
  	
  
	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Tibia	
  	
  
	
  
Fémur	
  
Inicio	
  
Soporte	
  
Paso	
   Balanceo	
   Preparación	
   Contra-­‐
Paso	
  
Contra-­‐
Balanceo	
  
Contra-­‐
Preparación	
  
Inicio	
  
Soporte	
  
Normal	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
  
Paso	
   Alto	
   Normal	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
  
Balanceo	
   Alto	
   Alto	
   Normal	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
  
Preparación	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Normal	
   Bajo	
   Bajo	
   Bajo	
  
Contra-­‐Paso	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Normal	
   Bajo	
   Bajo	
  
Contra-­‐
Balanceo	
  
Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Normal	
   Bajo	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   19	
  
 
 
Contra-­‐
Preparación	
  
Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Alto	
   Normal	
  
Tabla	
  2	
  	
  Asignación	
  de	
  las	
  reglas	
  del	
  controlador	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  
	
  
	
  
Imagen	
  15	
  Funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  para	
  el	
  controlador	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  posición	
  Inicio	
  Soporte	
  
	
  
En	
  esta	
  imagen	
  se	
  muestra	
  como	
  se	
  hace	
  el	
  funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  del	
  primer	
  controlador,	
  
el	
  primer	
  valor	
  que	
   se	
  da	
  es	
  el	
  de	
   la	
   tibia	
  1.64	
  y	
  el	
  del	
   fémur	
  0,628	
   indicando	
   la	
  posición	
   inicio	
  
soporte,	
  al	
  dar	
  los	
  valores	
  correctos	
  el	
  controlador	
  realiza	
  un	
  promedio	
  y	
  encuentra	
  que	
  el	
  valor	
  es	
  
0	
  o	
  cercano	
  a	
  este.	
  Si	
  se	
  da	
  el	
  valor	
  que	
  no	
  es,	
  el	
  controlador	
  encontrará	
  el	
  promedio	
  entre	
  estas	
  
posiciones	
  entre	
  -­‐5	
  o	
  5.	
  	
  
	
  
La	
  siguiente	
  imagen	
  muestra	
  esta	
  misma	
  descripción	
  pero	
  para	
  el	
  segundo	
  controlador,	
  en	
  el	
  que	
  
se	
  controlan	
   la	
   señal	
  de	
  salida	
  del	
  primer	
  controlador	
  y	
   los	
  valores	
  “aleatorios”	
  en	
   los	
  cuales	
   se	
  
encuentra	
  la	
  tibia,	
  los	
  cuales	
  deben	
  ser	
  los	
  mismos,	
  es	
  decir	
  que	
  en	
  este	
  controlador	
  las	
  entradas	
  
tienen	
  los	
  mismos	
  valores	
  numéricos.	
  	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   20	
  
 
 
	
  
Imagen	
  16	
  Funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  para	
  el	
  controlador	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  posición	
  Inicio	
  Soporte	
  
	
  
7.1.3 Simulaciones 
Para	
  las	
  simulaciones	
  se	
  realiza	
  primero	
  un	
  proceso	
  de	
  verificación	
  en	
  el	
  cual	
  al	
  tener	
  primero	
  las	
  
simulaciones	
  de	
   los	
  datos	
  de	
   la	
   tibia	
  y	
  el	
   fémur	
  de	
   la	
  pierna	
  sana,	
   se	
  asigna	
  como	
  entrada	
  a	
   los	
  
controladores	
   los	
   valores	
   correctos,	
   y	
   de	
   esta	
   forma	
   se	
   verifica	
   que	
   estén	
   funcionando	
   bien.	
   A	
  
partir	
  de	
  los	
  datos	
  correctos	
  se	
  realizan	
  las	
  simulaciones	
  de	
  la	
  asignación	
  de	
  membresías	
  de	
  cada	
  
controlador,	
  las	
  simulaciones	
  del	
  funcionamiento	
  de	
  las	
  reglas	
  dentro	
  del	
  rango	
  otorgado	
  de	
  cada	
  
posición	
  y	
  la	
  gráfica	
  que	
  describe	
  su	
  comportamiento.	
  Luego	
  de	
  realizar	
  las	
  simulaciones	
  de	
  cada	
  
controlador	
  tanto	
  sus	
  entradas	
  como	
  salidas,	
  	
  se	
  realiza	
  una	
  simulación	
  de	
  las	
  partes	
  la	
  unión	
  de	
  
casi	
  todo	
  el	
  sistema.	
  Y	
  por	
  último	
  una	
  simulación	
  de	
  todo	
  el	
  sistema.	
  	
  
7.2 Trabajo computacional 
En	
  el	
   trabajo	
  computacional	
  que	
  se	
  realizó	
  se	
  describe	
  un	
  poco	
  más	
  a	
   fondo	
   las	
  tres	
  etapas	
  que	
  
rigieron	
  la	
  realización	
  de	
  este	
  proyecto.	
  	
  
7.2.1 Esquema computacional de el diseño y formulación del sistema 
Los	
   resultados	
   obtenidos	
   del	
   código	
   en	
   MATLAB	
   del	
   modelo	
   de	
   las	
   7	
   fases	
   planteado	
  
anteriormente,	
  se	
  muestra	
  en	
  las	
  siguientes	
  imágenes.	
  En	
  la	
  primera	
  podemos	
  observar	
  la	
  forma	
  
que	
   toman	
   los	
   valores	
   de	
   entrada	
   al	
   sistema,	
   y	
   nos	
   podemos	
   dar	
   cuenta	
   que	
   para	
   todas	
   las	
  
imágenes,	
   la	
   forma	
   de	
   estas	
   no	
   es	
   simétrica,	
   ya	
   que	
   la	
   marcha	
   humana	
   no	
   mantiene	
   ninguna	
  
relación	
  entre	
  cada	
  paso,	
  o	
  algún	
  patrón	
  que	
  la	
  modele.	
  Sino	
  que	
  varía	
  de	
  acuerdo	
  al	
  tiempo	
  y	
  al	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   21	
  
 
 
ciclo	
   de	
   caminata,	
   por	
   ende	
   es	
   de	
   esperar	
   que	
   la	
   salida	
   del	
   sistema	
   siga	
   mostrando	
   estas	
  
variaciones	
  y	
  no	
  sea	
  del	
  todo	
  una	
  imagen	
  perfecta.	
  	
  
	
  
	
  
 
Imagen	
  17	
  Posición	
  de	
  la	
  Tibia	
  en	
  la	
  marcha	
  dada 
 
 
 
Imagen	
  18	
  Posición	
  del	
  fémur	
  en	
  la	
  marcha	
  dada 
 
 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   22	
  
 
 
 
Imagen	
  19	
  Posición	
  de	
  la	
  tibia	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  marcha	
  dada	
  
 
Por	
  medio	
  de	
  estas	
  imágenes	
  se	
  observan	
  los	
  valores	
  que	
  toman	
  con	
  respecto	
  al	
  tiempo,	
  la	
  tibia,	
  el	
  
fémur	
  y	
  la	
  prótesis	
  en	
  el	
  ciclo	
  de	
  la	
  marcha	
  humana	
  que	
  se	
  estableció	
  al	
  comienzo	
  del	
  proyecto.	
  Se	
  
realizaron	
   varias	
   repeticiones	
   de	
   esta	
   grafica	
   para	
   que	
   se	
   pudiera	
   observar	
   mejor	
   y	
   las	
  
simulaciones	
  quedaran	
  mejor.	
  	
  
	
  
7.2.2 Esquema computacional del diseño de control 
Para	
   la	
   parte	
   computacional	
   del	
   control,	
   como	
   se	
   menciono	
   anteriormente	
   se	
   utilizó	
   una	
  
herramienta	
   que	
   permitía	
   otorgarle	
   al	
   control	
   fuzzy	
   la	
   entradas	
   y	
   salidas	
   con	
   sus	
   respectivos	
  
rangos	
  y	
  valores,	
  a	
  continuación	
  se	
  muestran	
  las	
  imágenes	
  de	
  esa	
  herramienta	
  y	
  el	
  uso	
  que	
  se	
  le	
  
dio	
  para	
  el	
  desarrollo	
  del	
  proyecto.	
  Gracias	
  a	
  estaherramienta	
  los	
  datos	
  quedan	
  guardados	
  en	
  el	
  
bloque	
  de	
  Simulink	
  llamado	
  Fuzzy	
  controller	
  with	
  view	
  ruler,	
  y	
  así	
  puede	
  ser	
  usado	
  en	
  el	
  archivo	
  de	
  
simulink	
  con	
  entradas	
  provenientes	
  de	
  MATLAB.	
  Los	
  resultados	
  obtenidos	
  en	
  este	
  bloque	
  se	
  dan	
  
por	
  medio	
  de	
  imágenes	
  que	
  describen	
  el	
  proceso	
  que	
  se	
  hizo	
  y	
  el	
  resultado	
  que	
  se	
  obtuvo.	
  	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   23	
  
 
 
	
  
Imagen	
  20	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Tibia	
  pierna	
  sana	
  
	
  
Imagen	
  21	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Fémur	
  pierna	
  sana	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   24	
  
 
 
	
  
Imagen	
  22	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Tibia	
  prótesis	
  
	
  
Imagen	
  23	
  	
  Asignación	
  de	
  membresías	
  Posición	
  real	
  prótesis	
  
8 VALIDACIÓN	
  DEL	
  TRABAJO	
  
8.1 Metodología de prueba 
Para	
   el	
   inicio	
   de	
   las	
   simulaciones	
   y	
   la	
   corroboración	
   de	
   los	
   resultados	
   obtenidos,	
   se	
   realizaron	
  
primero	
   los	
   ángulos	
  mostrados	
  en	
   la	
   tabla	
  1,	
   y	
   al	
   final	
   se	
  hizo	
  una	
   comparación	
   con	
   respecto	
  a	
  
datos	
   aleatorios	
   que	
   pueden	
   ser	
   lanzados	
   por	
   el	
   sensor	
   que	
   se	
   encuentra	
   en	
   las	
   dos	
   piernas.	
  
Algunos	
   códigos	
   fueron	
   implementados	
   en	
   MATLAB	
   y	
   otros	
   fueron	
   construidos	
   en	
   Simulink	
  
mediante	
   bloques.	
   Para	
   el	
   bloque	
   que	
   permitía	
   desarrollar	
   los	
   controladores,	
   se	
   hicieron	
   las	
  
pruebas	
   respectivas	
  a	
   la	
   salida	
  de	
   las	
   reglas	
   y	
  en	
   la	
   superficie	
  que	
  este	
  mostro	
   como	
   resultado,	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   25	
  
 
 
corroborando	
  que	
  no	
  fuera	
  un	
  resultado	
  fuera	
  de	
  lo	
  común,	
  sino	
  que	
  tuviera	
  sentido	
  con	
  lo	
  que	
  se	
  
esta	
  trabajando.	
  Esto	
  se	
  realizó	
  con	
  los	
  dos	
  controladores,	
  y	
  con	
  las	
  entradas	
  ya	
  que	
  dependía	
  de	
  
estas	
  en	
  su	
  mayoría	
  el	
  funcionamiento	
  del	
  sistema.	
  	
  
	
  
8.2 Validación de los resultados del trabajo 
En	
  primer	
  lugar	
  vemos	
  las	
  siguientes	
  graficas	
  en	
  donde	
  se	
  hace	
  una	
  comparación	
  entre	
  los	
  datos	
  
de	
  entrada	
  de	
  una	
  marcha	
  que	
  funciona	
  como	
  se	
  espera	
  y	
  los	
  datos	
  de	
  entrada	
  aleatorios	
  que	
  saca	
  
MATLAB	
  según	
  el	
  modelo	
  de	
  ecuaciones	
  que	
  se	
  asignó.	
  	
  
 
	
  
Imagen	
  24	
  	
  	
  Comparación	
  de	
  la	
  tibia	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados	
   
	
  
	
  
	
  
Imagen	
  25	
  	
  Comparación	
  del	
  fémur	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados	
   
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   26	
  
 
 
	
  
	
  
Imagen	
  26	
  Comparación	
  de	
  la	
  prótesis	
  en	
  la	
  marcha	
  para	
  valores	
  aleatorios	
  y	
  valores	
  dados	
   
	
  
Al	
  tener	
  las	
  señales	
  de	
  entrada	
  respectivas	
  se	
  prosiguió	
  a	
  analizar	
  las	
  superficies	
  que	
  describen	
  el	
  
funcionamiento	
  de	
  cada	
  controlador,	
  como	
  se	
  puede	
  observar	
  en	
  las	
  imágenes	
  21	
  y	
  22,	
  el	
  sistema	
  
muestra	
   los	
   rangos	
  en	
   los	
   cuales	
   las	
   salidas	
  dan	
  0.	
   También	
   se	
  muestra	
   los	
  promedios	
  que	
  este	
  
hace	
   cuando	
   las	
   entradas	
   dadas	
   no	
   coinciden	
   y	
   su	
   salida	
   no	
   es	
   cero.	
   Aquí	
   por	
  medio	
   de	
   estas	
  
graficas	
  corroboramos	
  el	
  proceso	
  de	
  fuzzyficacion	
  -­‐	
  evaluación	
  de	
  reglas-­‐	
  defuzzyficacion	
  el	
  cual	
  se	
  
mencionó	
  y	
  describió	
  en	
  el	
  marco	
  teórico.	
  
	
  
	
  
Imagen	
  27	
  	
  Superficie	
  Controlador	
  Fuzzy	
  pierna	
  sana	
  
	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   27	
  
 
 
	
  
Imagen	
  28	
  	
  Superficie	
  Controlador	
  Fuzzy	
  prótesis	
  
	
  
Después	
  de	
  tener	
  las	
  señales	
  de	
  entrada	
  se	
  revisaron	
  las	
  salidas	
  de	
  cada	
  controlador,	
  en	
  la	
  imagen	
  
29	
   podemos	
   observar	
   la	
   salida	
   del	
   controlador	
   1	
   que	
   indica	
   si	
   la	
   pierna	
   sana	
   se	
   encuentra	
  
correctamente	
  ubicada	
  en	
  las	
  7	
  fases,	
  como	
  podemos	
  observar	
  los	
  valores	
  varían	
  entre	
  cero	
  esto	
  
significa	
  que	
  en	
  cada	
  paso	
  la	
  pierna	
  sana	
  se	
  encuentra	
  en	
  el	
  rango	
  de	
  ángulos	
  que	
  debería	
  estar,	
  
los	
  picos	
  que	
  varían	
  entre	
   cada	
  posición	
   son	
  el	
   promedio	
   y	
  el	
   esfuerzo	
  que	
  hace	
  el	
   controlador	
  
fuzzy	
  cuando	
   los	
  datos	
  de	
  entrada	
  no	
  son	
   las	
  posiciones	
  especificas,	
   sino	
  que	
  son	
  erróneas,	
  por	
  
esto	
  pasa	
  de	
  cero	
  a	
  algún	
  pico	
  según	
  la	
  tabla	
  de	
  rangos	
  (tabla	
  2)	
  y	
  luego	
  al	
  llegar	
  al	
  siguiente	
  paso	
  
la	
  grafica	
  vuelve	
  a	
  cero.	
  	
  
	
  
	
  
Imagen	
  29	
  Salida	
  Scope	
  controlador	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   28	
  
 
 
	
  
Imagen	
  30	
  Comparación	
  de	
  las	
  salidas	
  para	
  la	
  pierna	
  sana	
  datos	
  modelo	
  y	
  datos	
  aleatorios	
  
	
  
El	
  mismo	
  análisis	
  se	
  hace	
  para	
  la	
  salida	
  del	
  segundo	
  controlador,	
  cuando	
  se	
  encuentra	
  en	
  cero	
  es	
  
debido	
   a	
  que	
  el	
   paso	
  que	
   se	
  dio	
   concuerda	
   con	
   la	
   posición	
  en	
   la	
   cual	
   debe	
  estar	
   la	
   prótesis,	
   al	
  
cambiar	
   de	
   paso	
   la	
   pierna	
   va	
   a	
   variar	
   entre	
   un	
   rango	
   de	
   ángulos	
   que	
   no	
   son	
   correctos	
   para	
   el	
  
sistema,	
  por	
  lo	
  cual	
  la	
  simulación	
  va	
  a	
  mostrar	
  estos	
  cambios	
  llegando	
  a	
  ciertos	
  niveles,	
  	
  al	
  tener	
  la	
  
posición	
   adecuada	
   el	
   controlador	
   se	
   normaliza	
   en	
   cero	
   y	
   así	
   sucesivamente	
   con	
   el	
   paso	
   de	
   los	
  
datos.	
  	
  
	
  
 
Imagen	
  31	
  Salida	
  scope	
  prótesis	
  	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   29	
  
 
 
	
  
Imagen	
  32	
  Comparación	
  de	
  las	
  salidas	
  prótesis	
  datos	
  modelo	
  y	
  datos	
  aleatorios	
  
 
8.3 Evaluación del plan de trabajo 
El	
   plan	
   de	
   trabajo	
   que	
   se	
   utilizo	
   durante	
   el	
   semestre	
   fue	
   eficiente	
   a	
   la	
   hora	
   de	
   organización	
   y	
  
limitación	
  del	
  tiempo,	
  ya	
  que	
  desde	
  el	
  comienzo	
  se	
  estableció	
  un	
  orden	
  y	
   las	
  prioridades	
  fueron	
  
organizadas.	
  La	
  división	
  en	
  etapas	
  fue	
  de	
  gran	
  ayuda	
  ya	
  que	
  sin	
  una	
  no	
  era	
  posible	
  seguir	
  a	
  la	
  otra,	
  
y	
  esto	
  evito	
  que	
  se	
   formara	
  un	
  poco	
  de	
  desorden	
  en	
  el	
  desarrollo	
  del	
  proyecto.	
  Sin	
  embargo,	
  a	
  
pesar	
   de	
   que	
   todo	
   estuviera	
   dicho	
   desde	
   el	
   comienzo,	
   siempre	
   resultan	
   inconvenientes	
   en	
  
modelos,	
  simulaciones,	
  software	
  que	
  cambian	
  algunos	
  de	
  los	
  objetivos	
  que	
  se	
  tenían	
  planeados.	
  	
  	
  
	
  
De	
   acuerdo	
   al	
   cronograma	
   que	
   se	
   dio	
   en	
   la	
   propuestadel	
   proyecto	
   de	
   grado,	
   hubieron	
   ciertos	
  
cambios	
   a	
  medida	
   de	
   que	
   no	
   era	
   necesario	
   hallar	
   algunas	
   variables	
   o	
   a	
   el	
   tiempo	
   que	
   tiene	
   el	
  
proyecto.	
  Se	
  trato	
  de	
  seguir	
  este	
  cronograma	
  y	
  en	
  la	
  mayoría	
  se	
  logro	
  seguirlo,	
  aunque	
  no	
  del	
  todo	
  
ya	
  que	
  siempre	
  se	
  esta	
  dispuesto	
  a	
  innovaciones	
  o	
  cambios	
  en	
  lo	
  que	
  se	
  planea.	
  	
  
9 DISCUSIÓN	
  	
  
Por	
  medio	
  del	
  desarrollo	
  de	
  este	
  proyecto,	
  se	
  realizó	
  el	
  diseño	
  de	
  un	
  sistema	
  de	
  marcha	
  humana	
  y	
  
gracias	
  a	
  este	
  se	
  diseño	
  el	
  control	
  de	
  una	
  prótesis	
  transfemoral,	
  para	
  llevar	
  a	
  cabo	
  este	
  diseño	
  se	
  
realizo	
  un	
   cronograma	
   y	
   se	
   estableció	
  una	
  metodología	
   de	
   trabajo,	
   nombrada	
  en	
   el	
   inciso	
   6	
   de	
  
este	
   documento.	
   A	
   partir	
   de	
   esto	
   se	
   logró	
   obtener	
   varias	
   simulaciones	
   que	
   demostraron	
   el	
  
funcionamiento	
   de	
   este	
   sistema	
   y	
   su	
   comportamiento	
   que	
  presentaba	
   frente	
   a	
   cambios	
   que	
   se	
  
iban	
  generando.	
  La	
  información	
  obtenida	
  es	
  importante	
  para	
  los	
  trabajos	
  futuros,	
  debido	
  a	
  que	
  a	
  
través	
   de	
   esto	
   se	
   puede	
   realizar	
   un	
   prototipo	
   físico	
   que	
   muestre	
   claramente	
   como	
   seria	
   el	
  
funcionamiento	
  practico	
  de	
  este	
  control,	
  también	
  se	
  puede	
  llevar	
  a	
  cabo	
  este	
  mismo	
  estudio	
  para	
  
otras	
  partes	
  del	
  cuerpo	
  que	
  son	
  amputadas.	
  Además	
  se	
  puede	
  implementar	
  un	
  sistema	
  de	
  control	
  
que	
   no	
   sea	
   tan	
   especifico	
   sino	
   mas	
   general	
   hacia	
   las	
   personas	
   y	
   que	
   permita	
   evitar	
   los	
  
inconvenientes	
  que	
  puede	
  tener	
  el	
  sistema.	
  	
  
	
  
El	
  tema	
  que	
  conlleva	
  al	
  desarrollo	
  de	
  este	
  proyecto	
  permite	
  dirigir	
  la	
  búsqueda	
  de	
  innovación	
  en	
  
tecnología	
   hacia	
   la	
   ayuda	
   de	
   personas	
   con	
   cualquier	
   tipo	
   de	
   	
   discapacidad.	
   Los	
   resultados	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   30	
  
 
 
obtenidos	
  y	
  el	
   trabajo	
  desarrollado	
  esta	
  encaminado	
  a	
  ser	
  mejorado	
  y	
  aumentar	
  su	
  complejidad	
  
en	
  trabajos	
  futuros	
  para	
  la	
  aplicación	
  en	
  cada	
  persona	
  discapacitada.	
  Con	
  respecto	
  a	
  los	
  objetivos	
  
iniciales,	
   los	
   resultados	
   obtenidos	
   no	
   fueron	
   imaginados	
   ya	
   que	
   el	
   tema	
   en	
   principio	
   era	
  
desconocido,	
  pero	
  fueron	
  satisfactorios	
  de	
  acuerdo	
  a	
  lo	
  que	
  se	
  propuso	
  en	
  los	
  objetivos	
  iniciales	
  y	
  
cumplen	
  con	
  los	
  requerimientos	
  y	
  cronograma	
  dado	
  en	
  la	
  propuesta	
  de	
  este	
  proyecto.	
  	
  
10 CONCLUSIONES	
  
En	
  resumen,	
  los	
  resultados	
  obtenidos	
  dieron	
  una	
  idea	
  general	
  de	
  lo	
  que	
  es	
  el	
  funcionamiento	
  de	
  la	
  
prótesis	
  transfemoral,	
  mostrando	
  como	
  la	
  prótesis	
  de	
  la	
  rodilla	
  utiliza	
  la	
  posición	
  de	
  la	
  pierna	
  sana	
  
para	
   determinar	
   la	
   posición	
   que	
   accionaria	
   su	
   funcionamiento.	
   Se	
   encuentra	
   el	
   funcionamiento	
  
cuando	
   el	
   sistema	
   se	
   comporta	
   de	
  manera	
   correcta,	
   y	
   el	
   funcionamiento	
   que	
   se	
   da,	
   cuando	
   el	
  
sistema	
  tiene	
  ciertas	
  variaciones.	
  El	
  desarrollo	
  de	
  prótesis	
  para	
   la	
  discapacidad	
  se	
  puede	
  realizar	
  
de	
  varias	
  formas	
  y	
  más	
  aún	
  en	
  el	
  campo	
  de	
  la	
  ingeniería,	
  ya	
  sea	
  la	
  ingeniería	
  biomédica,	
  mecánica	
  
y	
  electrónica.	
  Hoy	
  en	
  día	
  existen	
  diferentes	
  tipos	
  de	
  prótesis,	
  sin	
  embargo,	
  con	
  este	
  proyecto	
  se	
  
puede	
  observar	
  una	
  de	
  las	
  formas	
  de	
  aplicación	
  de	
  una	
  prótesis	
  por	
  medio	
  del	
  uso	
  de	
  la	
  pierna	
  o	
  
extremidad	
  que	
  aun	
  esta	
  sana,	
  que	
  conforme	
  al	
  desarrollo	
  en	
  trabajos	
  futuros	
  puede	
  ser	
  una	
  gran	
  
oferta	
  para	
  el	
  mercado.	
  
	
  
De	
   acuerdo	
   a	
   lo	
   realizado,	
   se	
   puede	
   realizar	
   como	
   trabajo	
   futuro,	
   un	
   sistema	
   que	
   aumente	
   su	
  
complejidad	
  y	
   tenga	
  en	
  cuenta	
  el	
  estado	
  general	
  de	
   las	
  personas,	
   la	
   complejidad	
  del	
   sistema	
  se	
  
puede	
   aumentar	
   de	
   acuerdo	
   al	
   número	
   de	
   extremidades	
   y	
   a	
   el	
   terreno	
   por	
   el	
   cual	
   se	
   espera	
  
camine	
   la	
   persona.	
   Otro	
   trabajo	
   futuro	
   puede	
   ser	
   el	
   desarrollo	
   de	
   un	
   prototipo	
   que	
   permita	
  
tantear	
  mas	
   a	
   fondo	
   el	
   funcionamiento	
   de	
   esta	
   idea.	
   Por	
   último	
   se	
   espera	
   el	
   desarrollo	
   de	
   un	
  
control	
   que	
  permita	
  manejar	
   esta	
  prótesis	
   y	
   las	
  posiciones	
  de	
   la	
  pierna	
   sana	
   y	
   las	
   futuras	
  de	
   la	
  
prótesis	
  por	
  medio	
  del	
  cerebro	
  humano.	
  	
  	
  
11 AGRADECIMIENTOS	
  
Primero	
  que	
  todo	
  quiero	
  agradecerle	
  a	
  Dios	
  por	
  permitirme	
  llegar	
  hasta	
  este	
  punto,	
  y	
  llenarme	
  de	
  
bendiciones	
  para	
  poder	
  cumplir	
  mis	
  metas	
  y	
  desarrollarme	
  como	
  persona,	
  por	
  darme	
  paciencia	
  y	
  
constancia	
  en	
   las	
   cosas	
  que	
  hago	
  y	
   ser	
  una	
  base	
   fundamental	
  para	
  no	
   caer	
   sino	
   confiar	
   en	
  él	
   y	
  
levantarme.	
  En	
  segundo	
  lugar,	
  mis	
  padres,	
  a	
  Nora	
  Gómez	
  por	
  ser	
  participe	
  de	
  cada	
  cosa	
  en	
  la	
  que	
  
me	
  involucro	
  e	
  incitarme	
  a	
  ser	
  mejor	
  cada	
  ves.	
  Alejandro	
  Castro,	
  por	
  guiarme	
  por	
  el	
  mejor	
  camino	
  
y	
  estar	
  pendiente	
  de	
  mis	
  decisiones	
  para	
  aconsejarme	
  en	
  ellas,	
  debo	
  agradecerles	
  por	
   todos	
   los	
  
sacrificios	
  que	
  han	
  realizado	
  para	
  darme	
  la	
  mejor	
  educación	
  posible	
  durante	
  mi	
  crecimiento,	
  y	
  por	
  
enseñarme	
  a	
  no	
  desfallecer,	
  sino	
  a	
  perseverar	
  en	
  el	
  estudio	
  e	
  incrementar	
  mis	
  conocimientos	
  en	
  
los	
  campos	
  que	
  me	
  gusta	
  para	
  si	
  alcanzar	
  mis	
  metas.	
  A	
  mi	
  familia	
  que	
  ha	
  sido	
  un	
  gran	
  apoyo	
  en	
  mi	
  
formación	
  académica	
  y	
  darme	
  una	
  educación	
  llena	
  de	
  principios	
  y	
  valores.	
  	
  
	
  
Por	
  último,	
  quiero	
  agradecerle	
  a	
  mi	
  asesor	
  en	
  este	
  proyecto,	
   José	
  Fernando	
   Jiménez	
  Vargas	
  por	
  
confiar	
   en	
   mi	
   y	
   guiarme	
   en	
   la	
   elaboración	
   de	
   este	
   trabajo,	
   ser	
   una	
   guía	
   durante	
   mis	
   dudas	
   e	
  
inquietudes	
  y	
  asistirme	
  en	
  todo	
  momento.	
  Y	
  agradecerle	
  a	
  mi	
  compañero	
  Jorge	
  Mayorga,	
  que	
  fue	
  
un	
  gran	
  apoyo	
  en	
  el	
  desarrollo	
  de	
  este	
  proyecto	
  y	
  también	
  estuvo	
  pendiente	
  de	
  mis	
  inquietudes	
  
para	
  ayudarme	
  a	
  resolverlas.	
  	
  
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   31	
  
 
 
 
12 REFERENCIAS	
   	
  
[1].	
   Dibujos	
   de	
   la	
   pierna	
   indicando	
   sus	
   partes	
   (2011):	
  	
  
http://biologiafotosdibujosimagenes.blogspot.com/2011/09/dibujos-­‐de-­‐la-­‐pierna-­‐indicando-­‐
sus.html	
  
[2].	
  Cuerpo	
  Humano	
  (2010):	
  http://nuestra-­‐biologia.blogspot.com/2010/10/planos.html[3].	
   “Active	
  Prothetic	
  Knee	
  Fuzzy	
  Logic	
  Control,	
  Sensor	
  and	
  Test	
  Platform	
  Design”	
   ,	
   International	
  
Journal	
  of	
  Scientific	
  &	
  Engineering	
  Research	
  Volume	
  2,	
  Issue	
  12,	
  December-­‐2011	
  
[4].	
  “A	
  passive	
  dynamic	
  walking	
  model	
  based	
  on	
  knee-­‐bend	
  behaviour:	
  Stability	
  and	
  adaptability	
  
for	
   walking	
   down	
   steep	
   slopes”,	
   International	
   Journal	
   of	
   Advanced	
   Robotic	
   Systems,	
   Tongji	
  
University,	
  China,	
  03	
  Jul	
  2013	
  
[5].	
  “Open	
  motion	
  control	
  architecture	
  for	
  humanoid	
  robots”.	
  Dmitry	
  Kaynov	
  Universidad	
  Carlos	
  III	
  
de	
  Madrid.	
  Departamento	
  de	
  Ingeniería	
  de	
  sistemas	
  y	
  automática	
  2008.	
  
[6].	
  M.	
  Arbulú;	
  C.	
  Balaguer.	
  Real-­‐Time	
  Gait	
  Planning	
  for	
  Rh-­‐1	
  Humanoid	
  Robot	
  Using	
  Local	
  Axis	
  Gait	
  
Algorithm.	
   International	
   Journal	
   of	
   Humanoid	
   Robotics.	
   Print	
   ISSN:	
   0219-­‐8436.	
   Online	
   ISSN:	
  
1793-­‐6942.	
  Vol.	
  6.	
  No.	
  1.	
  pp.71-­‐91.	
  2009	
  
[7].	
  “A	
  method	
  to	
  determine	
  the	
  optimal	
  features	
  for	
  control	
  of	
  a	
  powered	
  lower-­‐limb	
  prostheses”	
  
M.T.	
  Farrell,	
  H.	
  Herr,	
  3rd	
  Annual	
  International	
  Conference	
  of	
  the	
  IEEE	
  EMBS	
  Boston,	
  Massachusetts	
  
USA,	
  August	
  30	
  -­‐	
  September	
  3,	
  2011	
  
[8].	
   ”Identificación	
   de	
   las	
   personas	
   con	
   discapacidad	
   en	
   los	
   territories	
   desde	
   el	
   rediseño	
   del	
  
registro”.	
   Departamento	
   Administrativo	
   Nacional	
   de	
   estadística.	
   Abril	
   2008	
  
http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/discapacidad/identificacion%20en%20los%20territ
orios.pdf	
  
 
13 APENDICES	
  
13.1 Propuesta inicial del proyecto 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
 
PRESENTACIÓN DE PROPUESTA DE PROYECTO DE GRADO 
 
SEMESTRE: 2014-2 
FECHA: 02 de Diciembre 2014 
 
PROYECTO O TESIS DE GRADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE: 
 
Ingeniera Electrónica 
 
ESTUDIANTE: Lina Alejandra Castro Gómez CÓDIGO: 201111798 
 
TÍTULO DE LA TESIS O PROYECTO: 
 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
   32	
  
 
 
Sistema de control electrónico de una prótesis transfemoral 
 
DECLARACIÓN: 
1 - Soy consciente que cualquier tipo de fraude en esta Tesis es considerado como 
una falta grave en la Universidad. Al firmar, entregar y presentar esta propuesta de 
Tesis o Proyecto de Grado, doy expreso testimonio de que esta propuesta fue 
desarrollada de acuerdo con las normas establecidas por la Universidad. Del mismo 
modo, aseguro que no participé en ningún tipo de fraude y que en el trabajo se 
expresan debidamente los conceptos o ideas que son tomadas de otras fuentes. 
 
2- Soy consciente de que el trabajo que realizaré incluirá ideas y conceptos del autor y 
el Asesor y podrá incluir material de cursos o trabajos anteriores realizados en la 
Universidad y por lo tanto, daré el crédito correspondiente y utilizaré este material de 
acuerdo con las normas de derechos de autor. Así mismo, no haré publicaciones, 
informes, artículos o presentaciones en congresos, seminarios o conferencias sin la 
revisión o autorización expresa del Asesor, quien representará en este caso a la 
Universidad. 
 
 
 
 
 
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 Firma (Estudiante) 
Código: 
CC: 
 
 
 
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Vo.Bo. ASESOR (Firma) Vo.Bo. COASESOR (Firma) 
Nombre: Nombre: 
 
 
 
TRABAJO DE GRADO 
AUTORIZACIÓN DE SU USO A FAVOR DE LA 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
 
1. CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA 
Colombia es un país con un alto porcentaje de violencia interna y conflicto armado. Es debido a esto, que se 
producen enfrentamientos cuerpo a cuerpo entre militares, civiles en zonas vulnerables y guerrilleros. Gracias a 
esto y a organizaciones terroristas que llenan zonas civiles de minas antipersona, es que las personas han sufrido 
perdidas en sus extremidades. Al igual que la violencia existente, se encuentran los accidentes de transito y las 
enfermedades como otros causantes de la falta o perdida de alguna extremidad en las personas. Según las 
estadísticas del DANE en los estudios tomados del 2003 al 2008 se registro un porcentaje del 51% de personas 
que no podían caminar, correr o saltar, y un 29,39 % [1] de personas que no pueden moverse o caminar. 
 
Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente, y el desarrollo tecnológico que se ha llevado a cabo durante los 
últimos años, se ha ido implementando en personas discapacitadas una alta gama de prótesis, y por medio de la 
robótica y la bioingeniería se ha hecho posible la recuperación de los miembros para las personas. Actualmente las 
SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UNA PRÓTESIS TRANSFEMORAL	
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prótesis encontradas en el mercado colombiano son escasas y no tienen la tecnología suficiente, por lo cual hace 
que se recurra al uso de prótesis extranjeras, las cuales son de costos elevados y no son de fácil alcance para todas 
las personas. Es por esto que mediante este proyecto, se pretende realizar el diseño de un sistema de control para el 
mejoramiento del funcionamiento electrónico de una prótesis y que cumpla con las expectativas de los usuarios. 
2. MARCO TEÓRICO 
A. Antecedentes externos: 
• “A method to determine the optimal features for control of a powered lower-limb prostheses” M.T. Farrell, 
H. Herr, 3rd Annual International Conference of the IEEE EMBS Boston, Massachusetts USA, August 30 - 
September 3, 2011. Documento que corresponde a el estudio de los modos de locomoción y las características 
particulares de las amputaciones transfemorales. [2] 
• “Open motion control architecture for humanoid robots”. Dmitry Kaynov Universidad Carlos III de 
Madrid. Departamento de Ingeniería de sistemas y automática 2008. En esta tesis se encuentra el desarrollo de un 
control de un robot humanoide y la implementación de un servo-control para varios tipos de robots, en especifico el 
sistema de caminar que realizan las personas. Se desarrolla la implementación de la estabilización al caminar de un 
robot por medio de un control en la plataforma OpenHRP. [3] 
• M. Arbulú; C. Balaguer. Real-Time Gait Planning for Rh-1 Humanoid Robot Using Local Axis Gait 
Algorithm. International Journal of Humanoid Robotics. Print ISSN: 0219-8436. Online ISSN: 1793-6942. Vol. 6. 
No. 1. pp.71-91. 2009. Investigación que consiste en seguir los estudios de la universidad de Valencia acerca de la 
plataforma de diseño y simulación de un robot mecánico que es capaz de caminar estable. [4] 
 
 
B. Antecedentes locales: 
 
• Desarrollo de un sistema de rehabilitación para personas con discapacidad o amputación de la pierna. Este 
sistema se lleva a cabo por medio de el diseño y la simulación de un robot. El proyecto se lleva a cabo por medio del 
modelaje de un sistema mecánico que permite observar y analizar el esfuerzo de una persona al caminar. Fernanda 
Mantilla “Mechanical design of a robotic device for rehabilitation of lower extremities: Case of Lower Limb 
Amputation LLA” Universidad de los Andes. Proyecto de grado de Ingeniería Mecánica 2012 [5] 
• Trabajo de diseño y construcción de una prótesis transfemoral para persona que llevan el deporte y el 
ciclismo como parte de su rutina. En este proyecto se encuentra el diseño de una prótesis que permita pedalear en una 
bicicleta a aquellas personas que tienen un amputación transfemoral, teniendo en cuenta el equilibro del sistema y el 
uso de la potencia. María Paula Corral Londoño “Diseño y construcción de una prótesis para ciclistas con 
amputación transfemoral” Universidad de los Andes. Proyecto de grado de Ingeniería Mecánica. 2013 [6] 
• Desarrollo e implementación de un