WO2011031124A1 - Sistema para control de una prótesis de brazo y de un dispositivo de señalamiento para computadora - Google Patents

Sistema para control de una prótesis de brazo y de un dispositivo de señalamiento para computadora Download PDF

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WO2011031124A1
WO2011031124A1 PCT/MX2009/000099 MX2009000099W WO2011031124A1 WO 2011031124 A1 WO2011031124 A1 WO 2011031124A1 MX 2009000099 W MX2009000099 W MX 2009000099W WO 2011031124 A1 WO2011031124 A1 WO 2011031124A1
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time
prosthesis
voltage
less
muscle
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PCT/MX2009/000099
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Luis Armando Bravo Castillo
Moisés Alberto ORTEGA DELGADO
Abraham Sotelo Aguilar
Roberto VELA PEÑA
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Luis Armando Bravo Castillo
Ortega Delgado Moises Alberto
Abraham Sotelo Aguilar
Vela Pena Roberto
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    • G06F3/015—Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection

Definitions

  • the present invention relates to the control of devices by means of myoelectric signals, and more particularly to a system for controlling an arm prosthesis and a computer pointing device using electrical signals generated by muscular contraction in a residual part of an arm amputated.
  • a device located in the mouth has been used that allows the user through tongue movements, to activate functions of a peripheral device for computer or also with the use of a band on the user's head, the movements of the the same, to activate in the same way functions of the peripheral device.
  • An advantage that the system of the invention has is that the amputated person can manipulate the cursor with the same contractions without having to take the mouse with his prosthesis, apart that he could not give the clicks as a common person can give them t conventionally with slight individual contractions in the fingers.
  • Another advantage is that It can be adapted in the prosthesis in a housing made therein.
  • the system consists of a radio frequency card emitter and another receiver, the transmitter being the one that is permanently placed in the prosthesis and is connected to the main myoelectric card and the battery of the same prosthesis, while the receiver goes to a compartment or recess in the prosthesis to be removed and connected to the USB terminal of the computer, when the system will be occupied.
  • the electronic contraction pulses are no longer sent to the power system that moves the prosthesis motors, to now pass to the sending electronic card and therefore the codes or contraction patterns that the patient generates at the level of his muscular area, are used and linked to computer interruptions to move the cursor on the screen or pointer in the X direction or Y direction.
  • the system allows access to make right, left, double clicks or make the function of displacement with the same contractions, labeling each contraction pattern with a function on the computer.
  • the switch When the receiver is placed back in its compartment, the switch will be pressed and the arm prosthesis control mode will automatically enter, where again the muscle contractions will govern the movements of the arm prosthesis.
  • the myoelectric data acquisition system and the arm prosthesis control consists of a pair of copper electrodes placed in the best musculature zone according to the patient's amputation level and a copper electrode placed away from this functioning zone.
  • the myoelectric signal is of the order of microvolts, amplification and conditioning stages of said signal are required to be processed and interpreted and that depending on this, the diversity of mechanical movements of the prosthesis is generated according to the needs of the patient of simple and efficient way, by feeding a 12 volt battery.
  • the invention provides a system for controlling an arm prosthesis and a computer pointing device, comprising: a pair of electrodes placed in. n muscle in a residual part of an arm that has been amputated from a person to detect myoelectric signals, and an electrode placed in the residual part of the arm away from the pair of electrodes that functions as a ground, a myoelectric signal conditioning medium, and a prosthesis processing and control means that receives conditioned signals from the conditioning medium; wherein the prosthesis processing and control means includes: a means for comparing a muscular contraction time and a muscular contraction voltage with a threshold time and a threshold voltage, respectively; means for selecting between a first mode of operation of prosthetic arm or a second mode of operation of computer pointing device; a first means for activating that activates, 1 in the first mode of operation, at least one motor that produces a predetermined movement of the prosthesis, in response to an activation signal sent from the means for comparison; and a second means for activating, in the second mode of operation, activates functions of the computer
  • the computer pointing device is a wireless mouse, with a transmitter located inside the prosthesis and a receiver removably located in a recess on the outside of the prosthesis, so that when removing said receiver the mode is activated of operation of computer pointing device
  • a system for myoelectric control of a computer signaling device comprising: a pair electrodes placed in a muscle and a residual part of an arm that has been amputated from a person to detect myoelectric signals, and an electrode placed in the residual part of the arm away from the pair of electrodes that functions as a ground, a myoelectric signal conditioning medium, and a processing and control means that receives conditioned signals from the conditioning medium; wherein the processing and control means includes: a means to compare a muscular contraction time and a muscular contraction voltage with a threshold time and a threshold voltage, respectively; a means for activating that in response to an activation signal sent from the means for comparison, activates functions of the computer pointing device, wherein the computer pointing device is a wireless mouse, with a
  • FIG. 1 is a block diagram of the myoelectric data acquisition system in accordance with the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart of the control system in accordance with the present invention.
  • Figures 3A ⁇ 3B are graphs showing the signals obtained with contractions to open and close the hand.
  • Figures 4A and 4B are graphs showing the signals obtained with contractions for pronation and supination of the forearm.
  • Figures 5A and 5B are graphs showing the signals obtained with contractions for flexion and extension of the arm.
  • Figures 6A and 6B are graphs showing the signals obtained with contractions for up and down scrolling (scroll type).
  • Figures 7A and -7B are graphs showing the signals obtained with contractions to move the mouse pointer on the positive X axis and negative X.
  • Figures 8A and 8B are graphs showing the signals obtained with contractions to move the mouse pointer on the positive Y axis and the negative Y axis.
  • Figure 9 is a graph showing the signal obtained with contractions to activate the right mouse click.
  • Figure 10 is a graph showing the signal obtained, with contractions to activate the left mouse click.
  • Figure 11 is a graph showing the signal obtained with contractions to activate the double click of the mouse.
  • Figure 12 is a top view of the elbow portion of a prosthesis where the location of the recipient is illustrated.
  • Figure 13 is a perspective view of the elbow portion of a prosthesis where the location of the recipient is illustrated.
  • Figure 14 is a top view of the forearm part of a prosthesis where the location of the recipient is illustrated.
  • Figure 15 is a perspective view of the forearm part of a prosthesis where the location of the recipient is illustrated.
  • a myoelectric signal from the electrodes (10) passes to a first stage consisting of an Instrumentation Amplifier (11) with a gain of 100 which is the one that registers and amplifies the myoelectric signal.
  • the second stage consists of a 60 Hz Suppressor Filter (12) that filters the residual electromagnetic energy captured by the human body from the electrical installations operating at 60Hz through a band reject filter (Notch filter).
  • a 60 Hz Suppressor Filter (12) that filters the residual electromagnetic energy captured by the human body from the electrical installations operating at 60Hz through a band reject filter (Notch filter).
  • the third stage is a Pass-Band filter (13) that because the myoelectric signals have a spectrum of frequencies between 50Hz and 5Khz, of which the greatest amount of energy is between 50 and 500Hz. Consequently, an amplifier with a bandwidth of 100Hz to 500Hz is used, the filter is a 2nd order Butterworth filter.
  • the lower frequency was chosen taking into account the 60Hz noise elimination and the higher frequency was limited to 500Hz to prevent the motor operating frequency (6KHz) from interfering with the system.
  • the fourth stage is a Constant Voltage Filter (14), in which an undesirable level of Offset is eliminated for the conversion of RMS to CD since a constant residual level would be present at the output of the myoelectric conditioner.
  • This filter (14) also contributes to the reduction of the intensity of the cardiac signal and the 60Hz component.
  • the fifth stage consists of a RMS to CD Converter (15) that obtains the intensity with which the muscles contract, from the RMS value of the myoelectric signal.
  • the sixth stage consists of the Smoothing and Amplification of the Myoelectric Intensity Sign that prevents erratic operation in the control system, by means of a Low-Pass filter (16) and a Non-Inverting Amplifier (17).
  • the control system stage consists of a microcontroller (20), which is responsible for coordinating the movements of the prosthesis according to a program and the myoelectric signal.
  • the signal obtained from the non-inverting amplifier (17) is fed to the microcontroller ⁇ (20) through a comparator (18) and a digital analog converter (19).
  • the microcontroller (20) also activates a back-learning device (21) and (buzzer) that emits a sound to the patient or user that indicates the intensity of the contraction.
  • the microcontroller (18) can be the PIC16F88 manufactured by Microchip, or the MSP430eZ430 from Texas Instruments.
  • the power stage (30) of the motors is controlled by two controllers (Drivers), which deliver the necessary energy as required by the patient and by stop sensors that limit the rotation of the Mi - M3 motors to a certain range of movement.
  • the digital control system contains a program through which the conditioned myoelectric signal is recognized and the prosthesis is given control to the user through his muscular contractions. These contractions are governed by thresholds such that when the voltage intensity of the contraction is less than 0.8 volts (Vth) it is considered as a null value. If it falls in the range of 0.8 to 2.4 volts it is considered weak contraction and greater than 2.4 volts (Vsp) is considered a strong contraction, these thresholds may vary according to the physical characteristics of each patient.
  • the motor is activated (112) to open the hand (fig. 3A). If the muscular contraction is for more than 300ms and the voltage intensity is less than 2.4 volts, the motor is activated (113) to close the hand (fig. 3B).
  • the motor is activated (117) for pronation of the forearm to place the palm of the hand down (fig. 4A).
  • the motor is activated (118) for supination of the forearm to place the palm of the hand up (fig. 4B).
  • the motor is activated (115) for flexion of the arm (fig. 5A).
  • the motor for extension is activated (116) of the arm (fig. 5B).
  • the speed can be controlled by the intensity with which you contract your muscle, the greater the contraction, the greater the speed.
  • a mouse transmitter card located in the internal part of the prosthesis receives the processed control signals to emulate the functionality of a common USB port mouse, with the help of the wireless receiver connected to a USB port on the computer.
  • the pointer movement 'mouse is activated the positive X axis (fig. 7A).
  • the movement of the mouse pointer is activated in the positive Y axis (fig. 8A).
  • the movement of the mouse pointer is activated in the negative Y axis (fig. 8B).
  • the power supply for the myoelectric intensity signal conditioning circuit consists of a +9 positive voltage regulator and a -9V negative voltage regulator.
  • the power of the digital control system is obtained through a 5V regulator.
  • the controllers (Drivers) are fed, which in turn modulate the necessary energy to the motors (hand, forearm and elbow) according to the patient's demand.
  • Figure 12 shows the location of the wireless receiver 200 in the elbow portion 210 of an arm prosthesis. From figure 13 it can be seen in the lower part of the recess 220 in the elbow part 210, there is a device 230 that activates a switch to change the mode of operation of the prosthesis to the mode of operation of the mouse or vice versa.
  • Figure 14 shows the location of the wireless receiver 200 in the part of the forearm 310 of an arm prosthesis. From figure 15 it can be seen in the lower part of the recess 320 in the part of the forearm 310, 330 is a device that activates a 'switch to change the mode of operation of the prosthesis to the mouse operation mode or vice versa.

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Abstract

Sistema para control de una prótesis de brazo y de un dispositivo de señalamiento para computadora, que comprende: un par de electrodos colocados en un músculo en una parte residual de un brazo que ha sido amputado de una persona para detectar señales mioeléctricas, y un electrodo colocado en la parte residual del brazo alejado del par de electrodos que funciona como una tierra, un medio de acondicionamiento de señal mioeléctrica, y un medio de procesamiento y control de prótesis que recibe señales acondicionadas del medio de acondicionamiento; un medio para seleccionar entre un primer modo de operación de prótesis de brazo o un segundo modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora; un primer medio para activar que activa, en el primer modo de operación, por lo menos un motor que produce un movimiento predeterminado de la prótesis, en respuesta a una señal de activación enviada desde el medio para comparar; y un segundo medio para activar, en el segundo modo de operación, activa funciones del dispositivo de señalamiento. El dispositivo de señalamiento tiene un emisor ubicado en el interior de la prótesis y un receptor ubicado de manera removible en un rebajo en la parte externa de la prótesis, de modo que al retirar dicho receptor se activa el modo de operación de dispositivo de señalamiento.

Description

SISTEMA PARA CONTROL DE UNA PROTESIS DE BRAZO Y DE UN DISPOSITIVO DE SEÑALAMIENTO PARA COMPUTADORA
Campo de la invención.
La presente invención se relaciona con el control de dispositivos por medio de señales mioeléctricas , y más particularmente a un sistema para controlar una prótesis de brazo y un dispositivo de señalamiento para computadora usando las señales eléctricas generadas por contracción muscular en una parte residual de un brazo amputado.
Antecedentes de la invención.
El desarrollo tecnológico en el mundo ha llevado al ser humano a utilizar herramientas que ayudan de manera eficiente a realizar sus actividades, en su vida laboral y el aprendizaje. Una muestra de ello son las computadoras y sus dispositivos periféricos como son teclados, ratones, impresoras, escáneres, etc.
Un individuo común puede manipular fácilmente todos estos medios informáticos, sin embargo, dichos medios comercialmente no se encuentran adaptados para ser utilizados por personas con alguna discapacidad, por ejemplo, con amputación de uno o ambos brazos . Se han hecho varios intentos por desarrollar dispositivos útiles para que una persona discapacitada pueda tener acceso a los medios informáticos de una manera sencilla, por ejemplo, existen dispositivos adaptados para que un usuario a través de señales mioeléctricas captadas en la frente, pueda controlar las funciones de un teclado.
Por otra parte, se ha utilizado un dispositivo ubicado en la boca que permite al usuario mediante movimientos de la lengua, activar funciones de un dispositivo periférico para computadora o también con el uso de una banda en la cabeza del usuario, se registran los movimientos de la misma, para activar de igual manera funciones del dispositivo periférico .
Sin embargo, no se conoce un sistema que permita al usuario con una amputación de brazo, controlar una prótesis de brazo y un dispositivo de señalamiento o ratón para computadora cambiando de un modo de operación a otro con un interruptor .
Una ventaja que tiene el sistema de la invención es que la persona amputada puede manipular el cursor con sus mismas contracciones sin necesidad de tomar el ratón con su prótesis, aparte que no podría dar los clics como una persona común los puede dar t convencíonalmente con ligeras contracciones individuales en los dedos. Otra ventaja es que puede ser adaptado en la prótesis en un alojamiento hecho en la misma.
Adicionalmente, usando un sistema con un ratón inalámbrico se permite al usuario conectarse a cualquier computadora mediante un puerto USB sin la necesidad de estar limitado a . la longitud de un cable.
El sistema se compone de una tarjeta de radiofrecuencia emisora y otra receptora, siendo la emisora la que se coloca permanentemente en la prótesis y va conectada a la tarjeta mioeléctrica principal y a la batería de la misma prótesis, mientras que la receptora va a un compartimiento o rebajo en la prótesis para ser retirada y conectada a la terminal USB de la computadora, cuando vaya a ser ocupado el sistema. Al ser inicializada la operación del sistema llevando un interruptor a un segundo estado, se dejan de enviar los pulsos electrónicos de contracción al sistema de potencia que mueve los motores de la prótesis, para ahora pasar a la tarjeta electrónica emisora y por lo tanto los códigos o patrones de contracción que el paciente genera a nivel de su zona muscular, son utilizados y ligados a las interrupciones informáticas para mover el cursor en la pantalla o puntero en dirección X o dirección Y.
Así mismo el sistema permite acceder a hacer clics derechos, izquierdos, dobles o hacer la función de desplazamiento con las mismas contracciones , etiquetando cada patrón de contracciones con una función sobre la computadora.
Al colocarse nuevamente el receptor en su compartimiento, se presionará el interruptor y automáticamente entrará el modo de control de la prótesis de brazo, en donde nuevamente las contracciones musculares gobernaran los movimientos de la prótesis de brazo.
El sistema de adquisición de datos mioeléctricos y el control de prótesis de brazo se compone de un par de electrodos de cobre colocados en la zona de mejor musculatura de acuerdo al nivel de amputación del paciente y un electrodo de cobre colocado alejado de esta zona que funciona como una tierra biológica. Debido a que la señal mioeléctrica es del orden de microvolts se requiere de etapas de amplificación y acondicionamiento de dicha señal para ser procesada e interpretada y que en función de esta, se genere la diversidad de movimientos mecánicos de la prótesis según las necesidades del paciente de forma sencilla y eficiente, mediante la alimentación de una batería de 12 volts.
La invención proporciona un sistema para control de una prótesis de brazo y un dispositivo de señalamiento para computadora, que comprende: un par electrodos colocados en. n músculo en una parte residual de un brazo que ha sido amputado de una persona para detectar señales mioeléctricas , y un electrodo colocado en la parte residual del brazo alejado del par de electrodos que funciona como una tierra, un medio de acondicionamiento de señal mioeléctrica, y un medio de procesamiento y control de prótesis que recibe señales acondicionadas del medio de acondicionamiento; en donde el medio de procesamiento y control de prótesis incluye: un medio para comparar un tiempo de contracción muscular y un voltaje de contracción muscular con un tiempo de umbral y un voltaje de umbral, respectivamente; un medio para seleccionar entre un primer modo de operación de prótesis de brazo o un segundo modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora; un primer medio para activar que activa,1 en el primer modo de operación, por lo menos un motor que produce un movimiento predeterminado de la prótesis, en respuesta a una señal de activación enviada desde el medio para comparar; y un segundo medio para activar, en el segundo modo de operación, activa funciones del dispositivo de señalamiento para computadora. El dispositivo de señalamiento para computadora es un ratón inalámbrico, con un emisor ubicado en el interior de la prótesis y un receptor ubicado de manera removible en un rebajo en la parte externa de la prótesis, de modo que al retirar dicho receptor se activa el modo de operación de dispositivo de señalamiento para computadora Asimismo se proporciona un sistema para control mioeléctrico de un dispositivo de señalamiento para computadora, que comprende: un par electrodos colocados en un músculo e una parte residual de un brazo que ha sido amputado de una persona para detectar señales mioeléctricas , Y un electrodo colocado en la parte residual del brazo alejado del par de electrodos que funciona como una tierra, un medio de acondicionamiento de señal mioeléctrica, y un medio de procesamiento y control que recibe señales acondicionadas del medio de acondicionamiento; en donde el medio de procesamiento y control incluye: un medio para comparar un tiempo de contracción muscular y un voltaje de contracción muscular con un tiempo de umbral y un voltaje de umbral, respectivamente; un medio para activar que en respuesta a una señal de activación enviada desde el medio para comparar, activa funciones del dispositivo de señalamiento para computadora, en donde el dispositivo de señalamiento para computadora es un ratón inalámbrico, con un receptor ubicado en una computadora y un emisor ubicado en una prótesis de brazo de un usuario.
Breve descripción de las figuras.
Para dar una mejor comprensión de la invención, a continuación se proporciona una descripción de la misma, junto con los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La figura 1 es un diagrama a bloques del sistema de adquisición datos mioeléctricos de conformidad con la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de flujo del sistema de control de conformidad con la presente invención.
Las figuras 3A γ 3B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para abrir y cerrar la mano.
Las figuras 4A y 4B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para la pronación y supinación del antebrazo .
Las figuras 5A y 5B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para flexión y extensión del brazo.
Las figuras 6A y 6B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para desplazamiento hacia arriba y hacia abajo (tipo scroll) .
Las figuras 7A y -7B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para desplazar el puntero del ratón en el eje X positivo y X negativo. Las figuras 8A y 8B son gráficas que muestran las señales que se obtienen con contracciones para desplazar el puntero del ratón en el eje Y positivo y el eje Y negativo.
La figura 9 es una gráfica que muestra la señal que se obtiene con contracciones para activar el clic derecho del ratón.
La figura 10 es una gráfica que muestra la señal que se obtiene , con contracciones para activar el clic izquierdo del ratón.
La figura 11 es una gráfica que muestra la señal que se obtiene con contracciones para activar el doble clic del ratón .
La figura 12 es una vista superior de la parte de codo de una prótesis en donde se ilustra la ubicación del receptor .
La figura 13 es una vista en perspectiva de la parte de codo de una prótesis en donde se ilustra la ubicación del receptor.
La figura 14 es una vista superior de la parte de antebrazo de una prótesis en donde se ilustra la ubicación del receptor. La figura 15 es una vista en perspectiva de la parte de antebrazo de una prótesis en donde se ilustra la ubicación del receptor.
Descripción detallada de la invención.
Para poder controlar una prótesis de brazo, a partir de las señales eléctricas producidas por el tejido muscular hacia los electrodos, es indispensable acondicionar eléctricamente , dichas señales de forma tal que un microprocesador sea capaz de coordinar el mando instruido por el paciente y los movimientos de los motores de la prótesis de brazo .
Con referencia a la figura 1, una señal mioeléctrica proveniente de los electrodos (10) pasa a una primera etapa constituida por un Amplificador de Instrumentación (11) con una ganancia de 100 que es el que registra y amplifica la señal mioeléctrica.
La segunda etapa consiste de un Filtro (12) Supresor de 60 Hz que filtra la energía electromagnética residual captada por el cuerpo humano proveniente de las instalaciones eléctricas que operan a 60Hz mediante un filtro rechaza banda (filtro Notch) .
La tercera etapa es un filtro Pasa-Banda (13) que debido a que las señales mioeléctricas presentan un espectro de frecuencias entre 50Hz y 5Khz, del cual la mayor cantidad de energía se halla entre los 50 y 500Hz. En consecuencia, se usa un amplificador con un ancho de banda de 100Hz a 500Hz, el filtro es un filtro Butterworth de 2 ° orden. La frecuencia inferior se escogió tomando en cuenta la eliminación del ruido de 60Hz y la frecuencia superior se limito a 500Hz para evitar que la frecuencia de operación de los motores ( 6KHz ) interfiriera con el sistema.
La cuarta etapa es un Filtro (14) de Voltaje Constante (CD) , en la que se elimina un nivel de Offset indeseable para la conversión de RMS a CD ya que se presentaría un nivel residual constante en la salida del acondicionador mioeléctrico . Este filtro (14) también contribuye en la reducción de intensidad de la señal cardiaca y la componente de 60Hz.
La quinta etapa consta de un Convertidor (15) de RMS a CD que obtiene la intensidad con que se contraen los músculos, proveniente del valor RMS de la señal mioeléctrica .
La sexta etapa consiste en el Suavizado y Amplificación de la Señal de Intensidad Mioeléctrica que evita un funcionamiento errático en el sistema de control, mediante un filtro Pasa-Bajas (16) y un Amplificador No- Inversor (17 ) .
La etapa del sistema de Control consta de un microcontrolador (20), que es el que se encarga de coordinar los movimientos de la prótesis en función de un programa y la señal mioeléctrica . La señal obtenida del amplificador no inversor (17), se alimenta al microcontrolador · (20 ) a través de un comparador (18) y un convertidor analógico digital (19). El microcontrolador (20) también activa un dispositivo (21) de retro-aprendiza e (zumbador) que emite un sonido para el paciente o usuario que le indica la intensidad de la contracción. El microcontrolador (18) puede ser el PIC16F88 fabricado por Microchip, o el MSP430eZ430 de Texas Instruments.
La etapa de , potencia (30) de los motores es controlada por dos controladores (Drivers) , que entregan la energía necesaria según se requiera por el paciente y por sensores de paro que limitan el giro de los motores Mi - M3 a un determinado rango de movimiento.
El sistema de control digital contiene un programa mediante el cual se reconoce la señal mioeléctrica acondicionada y se otorga el control de la prótesis al usuario a través de sus contracciones musculares. Dichas contracciones están regidas por umbrales de tal manera que cuando la intensidad de voltaje de la contracción es menor de 0.8 volts (Vth) se considera como valor nulo. Si cae en el rango de 0.8 a 2.4 volts se considera contracción débil y mayor de 2.4 volts (Vsp) se considera contracción fuerte, dichos umbrales pueden variar de acuerdo con características físicas de cada paciente.
Con referencia al diagrama de bloques de la figura 2, tenemos que el proceso se inicia preguntando (100) si existe contracción muscular, si no hay regresa a preguntar hasta que detecte contracción.
Si existe contracción, se mide el tiempo de la contracción y la intensidad de voltaje de ésta (110) y se emite (111) un sonido.
Posteriormente si la contracción muscular es por un tiempo (tiempo de contracción) mayor de 300ms y la intensidad de voltaje es mayor a 2.4 volts, se activa (112) el motor para abrir la mano (fig. 3A) . Si la contracción muscular es por un tiempo mayor de 300ms y la intensidad de voltaje es menor a 2.4 volts, se activa (113) el motor para cerrar la mano ( fig. 3B) .
Cuando la contracción es por un tiempo menor a 300 ms, se espera una segunda contracción y se mide el tiempo Td que tarda en ocurrir ésta segunda contracción (114) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td menor a 00ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera, contracción es mayor a 2.4 volts, se activa (117) el motor para la pronación del antebrazo para situar la palma de la mano hacia abajo (fig. 4A) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por ún tiempo Td es menor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera contracción es menor a 2.4 volts, se activa (118) el motor para la supinación del antebrazo para situar la palma de la mano hacia arriba (fig. 4B) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td mayor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo, y la intensidad de voltaje de la primera contracción es mayor a 2.4 volts, se activa (115) el motor para la flexión del brazo (fig. 5A) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td mayor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera contracción es menor a 2.4 volts, se activa (116) el motor para la extensión del brazo (fig. 5B) .
Después de activar cualquier movimiento del brazo podrá controlarse la velocidad mediante la intensidad con que contraiga su músculo, a mayor contracción mayor velocidad.
Cuando se cambia el modo de operación del sistema para que funcione el ratón para la computadora, las señales de control procesadas ahora servirán para controlar el funcionamiento del ratón. Una tarjeta emisora del ratón ubicada en la parte interna de la prótesis recibe las señales de control procesadas para emular la funcionalidad de un mouse común de puerto USB, con ayuda del receptor inalámbrico conectado a un puerto USB en la computadora .
Si la contracción muscular es por un tiempo (tiempo de contracción) mayor de 300ms y la intensidad de voltaje es mayor a 2.4 volts, se activa el desplazamiento (scroll) hacia arriba (fig. 6A) en una pantalla. Si la contracción muscular es por un tiempo mayor de 300ms y la intensidad de voltaje es menor a 2.4 volts, se activa el desplazamiento (scroll) hacia abajo (fig. 6B) .
Cuando la contracción es por un tiempo menor a 300 ms, se espera una segunda contracción y se mide el tiempo Td que tarda en ocurrir ésta segunda■ contracción.
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td menor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera contracción es mayor a 2.4 volts, se activa el movimiento del puntero' del ratón en el eje X positivo (fig. 7A) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td es menor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera contracción es menor a 2.4 volts, se activa el movimiento del puntero del ratón en el eje X negativo (fig. 7B) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td mayor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo, y la intensidad de voltaje de la primera contracción es mayor a 2.4 volts, se activa el movimiento del puntero del ratón en el eje Y positivo (fig. 8A) .
Si el músculo es relajado después de la primera contracción por un tiempo Td mayor a 400ms, antes de volver a contraer el músculo y la intensidad de voltaje de la primera contracción es menor a 2.4 volts, se activa el movimiento del puntero del ratón en el eje Y negativo (fig. 8B) .
Cuando una contracción es por un tiempo menor de 300ms y el voltaje es mayor a 2.4 volts, se activa como clic derecho de ratón (fig. 9) . Con un tiempo de respuesta con un retardo (inmediatamente mayor, a 400 ms) considerado para "ver" si se presenta una segunda contracción, con la intención de ingresar una segunda en menos de 400ms para activar X+ o mayor a este tiempo para activar Y+, y aplicable esto para clic derecho (contracción alta) o clic izquierdo (contracción baja) .
Cuando una contracción es por un tiempo menor de 300ms y el voltaje es menor a 2.4 volts, se activa como clic izquierdo del ratón (fig. 10) . Cuando existen dos contracciones seguidas, cada una con un voltaje menor a 2.4 volts y una duración de menor a 300ms se activa como doble clic del ratón (fig. 11) .
El suministro de energía para el circuito acondicionador de la señal de intensida'd mioeléctrica consta de un regulador de voltaje positivo de +9 y un regulador de voltaje negativo de -9V.,,
La alimentación del sistema de control digital se obtiene mediante un regulador de 5V.
Con la batería de 12V se alimentan a los controladores (Drivers) que a su vez modulan la energía necesaria hacia los motores (mano, antebrazo y codo) según la demanda del paciente.
En la figura 12 se muestra la ubicación del receptor inalámbrico 200 en la parte del codo 210 de una prótesis de brazo. De la figura 13 se puede observar en la parte inferior del rebajo 220 en la parte de codo 210, se encuentra un dispositivo 230 que activa un interruptor para cambiar el modo de operación de la prótesis al modo de operación del ratón o viceversa.
En la figura 14 se muestra la ubicación del receptor inalámbrico 200 en la parte del antebrazo 310 de una prótesis de brazo. De la figura 15 se puede observar en la parte inferior del rebajo 320 en la parte del antebrazo 310, se encuentra un dispositivo 330 que activa un' interruptor para cambiar el modo de operación de la prótesis al modo de operación del ratón o viceversa.
La presente invención se ha descrito e ilustrado en base a una modalidad preferida, sin embargo, será evidente para aquellos expertos en el arte, que pueden hacerse una multiplicidad de cambios y modificaciones de este invento, por ejemplo, se pueden variar los valores de tiempo y voltaje de umbral con el fin de ajustarlos a las características físicas de cada paciente, y hacer un sin número de combinaciones logrando activar un mayor número de motores, o algunas funciones de otros dispositivos periféricos para computadora, sin desviarse del alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Un sistema para control de una prótesis de brazo y un dispositivo de señalamiento para computadora, que comprende :
un par electrodos colocados en un músculo en una parte residual de un brazo que ha sido amputado de una persona para detectar señales mioeléctricas , y un electrodo colocado en la parte residual del brazo alejado del par de electrodos que funciona como una tierra, un medio de acondicionamiento de señal mioeléctrica, y un medio de procesamiento y control de prótesis que recibe señales acondicionadas del medio de acondicionamiento; en donde el medio de procesamiento y control de prótesis incluye: un medio para comparar un tiempo de contracción muscular y un voltaje de contracción muscular con un tiempo de umbral y un voltaje de umbral, respectivamente; un medio para seleccionar entre un primer modo de operación de prótesis de brazo o un segundo modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora; un primer medio para activar que activa, en el primer modo de operación, por lo menos un motor que produce' un movimiento predeterminado de la prótesis, en respuesta a una señal de activación enviada desde el medio para comparar; y un segundo medio para activar, en el segundo modo de operación, activa funciones del dispositivo de señalamiento para computadora.
2. - El sistema de conformidad con la reivindicación
1, en donde el dispositivo de señalamiento para computadora es un ratón inalámbrico, con un emisor ubicado en el interior de la prótesis y un receptor ubicado de manera removible en un rebajo en la parte externa de la prótesis, de modo que al retirar dicho receptor se activa el modo de operación de dispositivo de señalamiento para computadora.
3. - El sistema de conformidad con la reivindicación
2, en donde el tiempo de umbral es de 300 ms y el voltaje de umbral es de 2.4 volts.
4. - El sistema de conformidad con la reivindicación
3, en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para abrir una mano de la prótesis, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es mayor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral .
5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para cerrar una mano de la prótesis, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es mayor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral .
6. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para pronación de un antebrazo de la prótesis, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es menor a 400ms.
7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 ,■ en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para supinación de un antebrazo de la prótesis, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es menor a 400ms.
8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para flexionar la prótesis de brazo, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es mayor a 400ms.
9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de prótesis de brazo, el primer medio para activar produce la activación de un motor para extender la prótesis de brazo, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es mayor a 40Oms .
10. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento hacia arriba en una pantalla de la computadora, cuando el medio para comparar envia la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es mayor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral.
11. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento hacia abajo en una pantalla de la computadora, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es mayor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral.
12. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento en el eje X positivo de un puntero del ratón en una pantalla de computadora, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es menor a 400ms.
13. - El sistema de conformidad con. la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento en el eje X negativo de un puntero del ratón en una pantalla de computadora, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, s.i .el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es menor a 400ms.
14. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento en el eje Y positivo de un puntero del ratón en una pantalla de computadora, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es mayor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es mayor a 400ms.
15. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar produce que se active una función de desplazamiento en el eje Y negativo de un puntero del ratón en una pantalla de computadora, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral, el voltaje de contracción muscular es menor que el voltaje de umbral y un tiempo entre dos contracciones musculares es mayor a 400ms.
16. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar, produce que se active una función de clic derecho del ratón, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción es mayor que el volta e de umbral.
17. - El sistema de ■ conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar, produce que se active una función de clic izquierdo del ratón, cuando el medio para comparar envía la señal de activación, si el tiempo de contracción muscular es menor que el tiempo de umbral y el voltaje de contracción es menor que el voltaje de umbral.
18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , en donde en el modo de operación de dispositivo de señalamiento de computadora, el segundo medio para activar, produce que se active una función de doble clic derecho del ratón, cuando el medio para comparar envía la séñal de activación, si el tiempo de contracción muscular de cada una de dos contracciones consecutivas es menor que el- tiempo de umbral y el voltaje de contracción de cada una de las dos contracciones consecutivas es menor que el voltaje de umbral .
19.- Un sistema para control mioeléctrico de un dispositivo de señalamiento para computadora, que comprende:
un par electrodos colocados en un músculo en una parte residual ' de un brazo que ha sido amputado de una persona para detectar señales mioeléctricas , y un electrodo colocado en la parte residual del brazo alejado del par de electrodos que funciona como una tierra, un medio de acondicionamiento de señal mioeléctrica, y un medio de procesamiento y control que recibe señales acondicionadas del medio de acondicionamiento; en donde el medio de procesamiento y control incluye: un medio para comparar un tiempo de contracción muscular y un voltaje de contracción muscular con un tiempo de umbral y un voltaje de umbral, respectivamente; un medio para activar que en respuesta a una señal de activación enviada desde el medio para comparar, activa funciones del dispositivo de señalamiento para computadora, en donde el dispositivo de señalamiento para computadora es un ratón inalámbrico, con un receptor ubicado el un computadora y un emisor ubicado en una prótesis de brazo de un usuario.
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