Desarrollo de un simulador mecánico para evaluar prótesis articulares de rodilla

Abstract

Debido a que las prótesis articulares de rodilla no pueden probarse en dispositivos convencionales dada la complejidad de sus movimientos y geometrías, resulta necesario desarrollar aparatos para este fin, los cuales deben ser capaces de cumplir las condiciones establecidas en la norma ISO 14243-3. A partir de la definición de los requisitos por los usuarios finales y dicha norma, se decidió desarrollar un simulador servomecánico utilizando la metodología del Modelo W; ´esta resultó ser adecuada para el desarrollo de este sistema multidisciplinario. Para este dispositivo se construyó un sistema de electrónica de potencia para proteger y alimentar los actuadores servomecánicos, además se diseñó y construyó un módulo de amplificación de señales analógicas y otros elementos necesarios para la correcta adquisición de datos. Para sincronizar los actuadores y sensores se programaron los movimientos y variación de carga utilizando lenguajes de la norma IEC 61131-3. A fin de obtener un comportamiento adecuado del mecanismo de variación de carga, se diseñaron algoritmos de control por lo que se tuvieron que desarrollar modelos para realizar simulaciones del sistema. Se desarrolló una interfaz usuario-máquina utilizando el protocolo de comunicación UDP mediante el software KAS IDE V2.9 y Visual Studio 2015, la cual permite una operación correcta y segura del simulador; además del almacenamiento de variables como posición, fuerza, y coeficiente de fricción para su posterior procesamiento y análisis. Se obtuvieron resultados del comportamiento del movimiento flexión-extensión y carga axial, por razones de falta de rigidez en el sistema su rango de operación está fuera de lo permitido por la norma. Aun así se obtuvo el coeficiente de fricción resultante entre una componente femoral izquierda Zimmer® de aleación Co-Cr-Mo y una componente tibial de ABS en contacto en seco.